/
Автор: Лепихов В.Г.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы инженерия машиностроение инструменты инженерное дело издательство машиностроение изготовление резьбы
Год: 1974
Текст
В. Г. Лепихов
САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ
ИНСТРУМЕНТЫ Л
6П4.6.08
УДК 621.9.02
Лепихов В. Г.
Л48 Самоустанавливающиеся инструменты. М. «Машино-
строение», 1974.
80 с. с ил.
В брошюре изложены основные положения теории, расчета, конструиро-
вания н эксплуатации самоустанавливающихся расточных блоков и разверток.
Описаны конструкции плавающих блоков, качающихся и самоустанавлнваю-
щихся разверток- Приведены результаты внедрения этих конструкций на произ-
водстве. Даны рекомендации по эксплуатации каждой конструкции.
Брошюра предназначена для инженерно-технических работников машино-
строительных заводов н проектных организаций.
31304-107
038(01)-74
107-74
6П4.6.08
Рецензент д-р техн, наук проф. С. И. Лашнев
© Издательство «Машиностроение» 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Процесс обработки резанием до настоящего вре-
мени занимает наиболее значительное место в
технологических процессах, связанных с получе-
нием деталей необходимых форм и размеров.
Высокая точность токарной обработки обеспечи-
вает не только повышение качества деталей, но
в ряде случаев и повышение точности и произво-
дительности процессов на последующих опера-
циях.
При изготовлении деталей типа втулок и колец
самой сложной технологической операцией явля-
ется обработка внутренних цилиндрических
поверхностей. Обработка точного отверстия на
станках токарной группы и особенно на много-
шпиндельных токарных автоматах является
более сложной задачей, чем обработка наружной
поверхности, что обусловлено более тяжелыми
условиями протекания процесса, меньшей жест-
костью режущего инструмента и державок, а
также малой доступностью внутренних поверхно-
стей. При обработке внутренних цилиндрических
поверхностей необходимо обеспечить точность
диаметра и геометрических параметров, а также
точность положения оси обрабатываемого отвер-
стия относительно наружной поверхности.
Основной метод обработки внутренних ци-
линдрических поверхностей диаметром более
50 мм — точение расточными резцами. Но при
этом методе получается малая точность диамет-
ров деталей, обработанных на разных шпинде-
лях автомата, повышенный износ резцов и др.
На многошпиндельных токарных автоматах
детали одной партии обрабатываются инстру-
ментами, связанными с различными рабочими
шпинделями автомата, каждый из которых имеет
свою геометрическую погрешность расположения
3
оси вращения и свою жесткость. Одним из пер-
спективных является метод обработки самоуста-
навливающимися двухлезвийными инструмен-
тами.
В брошюре описаны самоустанавливающиеся
инструменты, разработанные во Всесоюзном на-
учно-исследовательском инструментальном ин-
ституте (ВНИИ), научно-исследовательском и
проектно-технологическом институте машино-
строения (НИИПТМаше, г. Краматорск), Все-
союзном научно-исследовательском институте
подшипниковой промышленности (ВНИППе) и
на передовых машиностроительных заводах.
Особое место уделено самоустанавливающимся
инструментам с круглыми твердосплавными
пластинками, а также эксплуатации этих инстру-
ментов на многошпиндельных токарных автома-
тах.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
САМОУСТАНАВЛИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ
ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ САМОУСТАНАВЛ И БАЮЩИМИСЯ
ИНСТРУМЕНТАМИ
Погрешность при растачивании определяется неточностью уста-
новки режущего инструмента относительно оси рабочего шпин-
деля станка. В процессе обработки отверстий на одношпиндель-
ных и многошпиндельных токарных автоматах и полуавтоматах
оси инструмента и заготовки смещаются в горизонтальной и
вертикальной плоскостях, т. е. появляется непараллельность
вектора подачи и оси шпинделя.
На многошпиндельных токарных автоматах в отличие от
одношпиндельных детали, составляющие одну партию, обра-
батываются инструментами, установленными в различные
шпиндели автомата, каждый из которых имеет свою геомет-
рическую погрешность расположения оси вращения и свою
жесткость.
Одним из важных факторов, определяющих точность обра-
ботки отверстий на многошпиндельных токарных автоматах,
является неточность расположения геометрических осей
шпинделей после поворота и фиксации шпиндельного бара-
бана.
Зона возможных положений центров рабочих шпинделей,
приходящих в данную позицию после очередного поворота шпин-
дельного блока, теоретически представляет собой сектор ABCD
(рис. 1), ограниченный с двух сторон дугами минимального и
максимального радиусов от центра О шпиндельного блока до
центра рабочего шпинделя и сторонами угла погрешности фик-
сации по углу поворота ±А<р.
В действительности кривая перемещения шпиндельного бло-
ка в плоскости горизонтальной У и вертикальной Z осей за один
полный оборот отличается от теоретической кривой и близка к
эллипсу. При этом большая ось эллипса наклонена к оси У
станка под некоторым углом р, величина которого зависит от
модели станка.
Если принять движение рабочих шпинделей при повороте
барабана плоскопараллельным, то можно сделать вывод, что
геометрические оси рабочих шпинделей многошпиндельного
токарного автомата в результате смещения барабана описывают
такие же траектории, как и геометрическая ось барабана, т. е.
5
центры рабочих шпинделей могут занимать в пространстве слу-
чайное положение в пределах эллипса (рис. 2).
При обработке деталей на многошпиндельных токарных
автоматах погрешности фиксации шпиндельного барабана влия-
ют на точность обработки. Погрешность фиксации шпиндельного
барабана на автомате 1262М может вызвать погрешность обра-
ботки, достигающую 0,038 мм, а для автомата 1А240-6 эта вели-
чина находится в пределах 0,032—0,074 мм на диаметр.
Рис. 1. Схема образования теоре-
тической зоны возможных поло-
жений центров рабочих шпинделей
многошпиндельных токарных авто-
матов
Рис. 2. Фактические зоны возмож-
ных положений центров рабочих
шпинделей многошпиндельных то-
карных автоматов
Отверстия деталей типа колец и втулок диаметром более
50 мм растачивают резцами (однолезвийным инструментом).
При этом можно использовать обычные расточные резцы, за-
крепляемые в резцедержавках. Однако точность токарной обра-
ботки отверстий при этом методе сравнительно низкая (не выше
4-го класса). Повысить точность обработки отверстий путем
более жесткого закрепления расточного резца нельзя.
Для обработки отверстий диаметром до 50 мм применяют
машинные многолезвийные развертки из быстрорежущей стали
или оснащенные твердым сплавом. Метод обработки отверстий
многолезвийными инструментами (развертками) обеспечивает
более высокую точность и низкую шероховатость поверхности по
сравнению с обработкой однолезвийным инструментом.
Наиболее перспективным методом устранения несовпадения
осей инструмента и заготовки при обработке отверстий является
использование самоустанавливающихся инструментов, из кото-
рых наиболее технологическими являются плавающие двухлез-
вийные блоки. Обработка отверстий самоустанавливающимися
мерными инструментами вследствие большой их жесткости
6
Рис. 3. Оправка с плавающим блоком
исключает или существенно уменьшает влияние факторов, вызы-
вающих погрешность размера: геометрические неточности стай-
ка и приспособлений, погрешности базирования обрабатываемой
детали и режущего инструмента, податливость технологической
системы, нестабильность механических свойств обрабатываемого
металла и др.
Самоустанавливающиеся инструменты в процессе работы
способны приспосабливаться к незначительным отклонениям
шпинделя станка и заготовки. Самоустанавливающаяся оправ-
ка 2, в пазу которой уста-
новлена плавающая двух-
лезвийная пластина 1,
удерживаемая от выпаде-
ния коническим винтом 3,
показана на рис. 3. Пла-
стина может перемещать-
ся в пазу относительно
конического винта. Сущ-
ность обработки отвер-
стий самоустанавливаю-
щимися инструментами
заключается в том, что
при соприкосновении с за-
готовкой инструмент цент-
рируется заборной частью относительно краев обрабатываемого
отверстия и в процессе резания формирует цилиндрическую по-
верхность, диаметр которой соответствует диаметру окружности,
описанной вокруг вершин режущих кромок инструмента.
На машиностроительных заводах страны применяют разно-
образные конструкции самоустанавливающихся инструментов,
которые можно разделить на три группы: а) плавающие двух-
лезвийные блоки, которые перемещаются в одной диаметраль-
ной плоскости в пазах жестко закрепленных оправок; б) качаю-
щиеся оправки и инструменты, способные поворачиваться отно-
сительно точки поворота на определенный угол; в) плавающие
самоустанавливающиеся развертки, оправки и патроны с ин-
струментом, которые могут перемещаться в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях и компенсировать несовпадение
осей инструмента и обрабатываемой поверхности. Процесс обра-
ботки отверстия самоустанавливающимися мерными инструмен-
тами состоит из периодов самоустановления, врезания и уста-
новившегося резания.
При анализе процесса резания двухлезвийными самоустанав-
ливающимися инструментами будем исходить из того, что в
период самоустанавливания резания не происходит, а осущест-
вляется скольжение контактирующей режущей кромки по кромке
обрабатываемого отверстия под влиянием подачи до полного
касания обеих режущих кромок края обрабатываемого отверстия.
7
ДВУХЛЕЗВИЙНЫЙ ПЛАВАЮЩИЙ БЛОК
С ПРЯМОЛИНЕЙНОЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ
В период самоустанавливания плавающий инструмент при под-
ходе к заготовке контактирует с ней заборной частью одной из
режущих кромок вследствие возможного смещения плавающего
блока относительно края отверстия заготовки.
Рассмотрим общий случай, когда заборные кромки инстру-
мента находятся в одной плоскости, перпендикулярной к оси
шпинделя. Схема действия сил при установлении плавающего
блока показана на рис. 4.
При контактировании одной из режущих кромок заборной
части блока с заготовкой во время подачи в месте контакта
появляется нормальная сила реакции N, величина которой зави-
сит от угла в плане ф0 заборной части режущей кромки и коэф-
фициента трения на режущей кромке и в направляющем пазе
державки, определяемой углом трения ф.
В период самоустанавливания инструмент перемещается ра-
диальной силой Ny, величина которой зависит от угла в плане
фо заборной части, коэффициента трения (силы трения) в месте
контакта инструмента с заготовкой.
Разложим силу N на две составляющие: осевую Nx и ради-
альную Ny. Сила
Ny = А/Хс1ё(фо + ф). (1)
Инструмент перемещается в радиальном направлении при
условии, что сила Ny будет больше сопротивления трению Т в
направляющем пазе державки:
Ny>T. (2)
Для выяснения механизма са-
моустанавливания плавающего
блока выразим силу трения Т че-
рез силу Nx и коэффициент тре-
ния у, пары инструмент—держав-
ка:
Т = pNx. (3)
Выражение (3) справедливо
без учета момента сил трения
скольжения краев заготовки о
режущую кромку.
Рис. 4. Схема действия сил при устанав-
ливании плавающего блока с прямо-
линейными режущими кромками:
/—/ — ось жестко закрепленной державки;
II—II —• ось симметрии плавающего блока
в момент контакта режущей кромки с заго-
товкой
8
Подставив в формулу (2) значения Nv и Т, получим выра-
жение. определяющее условия самоустанавливания плавающего
блока при контактировании одной из режущих кромок с заго-
товкой до начала стружкообразования:
McCtg (фо ± ф)>ЛДх
ИЛИ
ctg (фо + ф) > JX. (4)
Из неравенства (4) следует, что для облегчения самоустанав-
ливания инструмента необходимо уменьшить угол в плане фо
его заборной части и коэффициент трения как на заборной части
инструмента (1§ф), так и в пазу державки (ц). При очень боль-
шом угле фо или большой силе трения в пазу державки может
произойти самоторможение инструмента. В этом случае само-
устанавливание не произойдет и резание будет производиться
одной кромкой, как при обычном продольном точении. Угол
трения
Ф = агс1ёр,. (5)
Для определения максимальных значений угла в плане ф0 на
основании выражений (4) и (5) составлена расчетная табл. 1.
Таблица 1
Углы Значения углов при коэффициенте трения ц
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
ф 2°50' 6° 8°30' IIе20' 14° 16°40' 19°20'
фо + ф 87'10' 84° 81°30' 78°40' 76° 73°20' 70°50'
фо 84°20' 78° 73° 67°20' 62° 56°40' 51°30'
Определенным значениям р соответствуют предельные значе-
ния фо, выше которых условие самоустанавливаемости наруша-
ется.
Определим скорость и время самоустанавливания блока в
зависимости от величины смещения ег/1гач осей /—/ и //—//.
Полная компенсация величины смещения еу1гач пройдет тогда,
когда центр блока (точка О) под действием подачи и силы тре-
ния переместится в точку О'. При этом блок по направлению
движения подачи совершит путь I.
2—611 9
Из треугольника О ВО'-.
1 = О'В =
ОВ Срнач
tg<J3O'O tg <р0
Этот путь в продольном направлении блок пройдет со ско-
ростью , определяемой режимами резания, где s — подача
в мм/об; п — частота вращения заготовки в об/мин.
При условии, что время движения блока в продольном и
поперечном направлениях до полной компенсации смещения
будет одинаково, скорость перемещения блока в пазу оправки
и =
sn tg q>0
60
(6)
Время смещения блока в радиальном направлении на вели-
чину Су нач
/ ___ нач
__
ЕП tg ф0
(7)
Время самоустанавливания блока определяется величиной
смещения eyHa4, режимами резания и углом в плане <р0 плаваю-
щего блока.
Ломаная АОО'С на рис. 4 представляет теоретическую кри-
вую процесса самоустанавливания двухлезвийного блока с пря-
молинейной режущей кромкой и углом в плане <р0.
Участок АО этой ломаной соответствует этапу подхода пла-
вающего блока. С момента первоначального контактирования
режущей кромки / точка О плавающего блока начинает дви-
гаться по наклонному участку 00'. Период самоустанавливания
заканчивается, когда обеспечивается устойчивый контакт обеих
режущих кромок плавающего блока.
v Для уменьшения времени
Рис. 5. Схема резания плавающим
двухлезвийным блоком с прямо-
линейными режущими кромками
самоустанавливания следует
назначать по возможности
больший угол в плане <р0.
С момента начала контактиро-
вания обеих режущих кромок
инструмента о кромки заго-
товки наступает этап вреза-
ния. В период врезания начи-
нается процесс стружкообразо-
вания, при котором появляет-
ся дополнительное трение в
пазу державки, вызываемое
моментом тангенциальных со-
ставляющих силы резания Pz,
а также увеличением трения
от возрастания осевой составляющей силы резания Рх. Теорети-
чески период врезания должен соответствовать половине обо-
рота заготовки и заканчиваться, когда параметры среза (тол-
щина и ширина) достигнут номинального значения. Однако
в связи с наличием дополнительного трения в пазе державки
от сил Pz и Рх, параметры среза не могут достичь номинального
значения за половину оборота заготовки и поэтому период вре-
зания занимает несколько большее время.
В период установившегося резания (рис. 5) плавающего
двухлезвийного инструмента теоретически должно произойти
равномерное деление припуска (ширины среза) между обеими
режущими кромками и должна происходить полная компенсация
составляющих сил резания Руг и Ру2 на каждой кромке.
Однако в результате неодинаковых условий резания на каж-
дой из режущих кромок в процессе установившегося резания
появляется нескомпенсированная сила ДР?/, равная разности
векторов сил Ру1 и Ру2:
АР^Р^-Р^ (8)
Эта сила является в основном следствием неодинаковых гео-
метрических параметров и степени износа каждой кромки
блока в отдельности, а также механических свойств обрабаты-
ваемого материала на поверхности резания.
Сила &РУ компенсируется силой трения Т на направляющих
плоскостях, контактирующих с направляющими державки. Сила
трения является функцией главной Р2 и осевой Рх составляющей
сил резания, а также коэффициента трения р,:
T = f(p, Рг, Рх). (9)
При установившемся резании на плавающий блок действует
крутящий момент от силы Pz, равной алгебраической сумме сил
Pzl и Рг2, и силы Рх, равной сумме сил Pxj и Рх2, которые вызы-
вают силу трения Т в пазу державки:
Т = р(Рг + Рх). (10)
Условие установившегося резания плавающим блоком
заключается в том, что разность радиальных сил АРУ, действую-
щих на обеих режущих кромках блока, уравновешивается силой
трения, т. е.:
ДР,<Т = и(Рг + РЛ). (11)
В процессе установившегося резания плавающий блок будет
оставаться в том сцентрированном положении с осью заготовки,
которое было обеспечено при самоустанавливании блока в
момент врезания, пока будет соблюдаться условие кРу<Т.
При условии АРу=Т положение блока характеризуется огра-
ниченной устойчивостью и при ^Ру~>Т блок под действием раз-
ности сил ЫРу—Т начинает перемещаться, т. е. зафиксированное
положение теряется.
2* 11
В период установившегося резания сила трения в направляю-
щих плавающего инструмента полезна. Она препятствует воз-
никновению вибрации инструмента, вызываемой дискретностью
процесса резания и периодичностью мгновенных изменений сил
резания на режущих кромках, приводящих к появлению разно-
сти радиальных сил Ру.
Практически всегда &РУ=^Т, поэтому полной компенсации
величины смещения еунач в горизонтальной плоскости не бывает
и всегда остается нескомпенсированная величина смещения
Сукон, которая является одной из причин неточности обработки
отверстий плавающими блоками.
На процесс совмещения осей инструмента и заготовки вели-
чина первоначального смещения еу нач не влияет. Следовательно,
первоначальное смещение не будет сказываться на точности
обработки отверстий самоустанавливающимися инструментами
при условии исключения заклинивания их в момент самоуста-
навливания. Последнее может произойти при назначении боль-
шого угла в плане <р0 в конструкции самоустанавливающегося
инструмента или при случайных чрезвычайно больших смеще-
ниях, когда первоначальное контактирование кромки заготовки
происходит с передним торцом режущего блока, а не с главной
режущей кромкой. Смещение влияет на длительность процесса
самоустанавливания.
Процесс самоустанавливания, врезания и установившегося
резания плавающим двухлезвийным блоком исследовался на
универсальном токарном станке 1Д63 с помощью специально
разработанной установки методом: а) записи перемещения
плавающего блока на электротермической бумаге с использова-
нием профиллографа—профилометра 201; б) высокочастотной
киносъемки камерой «Пентафлекс 16» с частотой 96 и 64 кадра
в секунду с одновременной регистрацией перемещения блока по
индикаторной головке с ценой деления 0,01 мм и отсчетом вре-
мени самоустанавливания электронным секундомером типа
ПВ-53Л с ценой деления 0,1 с; в) визуального наблюдения за
перемещениями плавающего блока с помощью индикаторных
головок с ценой деления 0,001 мм и 0,01 мм. В качестве заготов-
ки применяли втулки из стали 45, наружную поверхность
которых протачивали при одной установке с внутренней. Диа-
метр отверстий назначали таким образом, чтобы обеспечить
припуск от 0,2 до 0,6 мм на диаметр. Отверстия растачивали с
подачей 0,109; 0,115 и 0,21 мм/об и скоростью резания 37 м/мин
(« = 200 об/мин) и 30 м/мин («=160 об/мин) без применения
охлаждающей жидкости. Заготовки закрепляли в трехкулачко-
вом патроне с биением по наружному диаметру и по торцу в
пределах 0,02—0,03 мм. Плавающий блок вместе с оправкой с
помощью поперечной каретки суппорта смещали на 0,2—2,6 мм
относительно оси заготовки. Это позволило определить влияние
смещения на процесс самоустанавливания и точность обработки.
12
Рис. 6. Плавающий двухлезвийный
блок с припайными пластинками
твердого сплава
Рис. 7. Схема процесса самоустапав-
ливания плавающего блока с прямо-
линейными режущими кромками
У обработанных отверстий измеряли диаметр в трех точках
вдоль образующей через 5 мм.
Для экспериментальной проверки процесса самоустанавли-
вания использовали регулируемый расточный блок (рис. 6).
Блок имеет два ножа 1 и 4 с припаянными пластинками 5 твер-
дого сплава Т15К6. В продольный паз ножа 4 входит выступ
ножа 1, в результате чего происходит базирование ножей и их
взаимное перемещение.
Положение ножей регулируют винтом 2, головка которого
входит в специальный паз 1. После регулирования ножи закреп-
ляют винтом 3. Диапазон регулирования блока 4 мм; геометри-
ческие параметры режущих кромок: у = 0°; а, = 5°; cpi = 45° и
ср2=15°; направляющий поясок 2—2,5 мм.
Реальная кривая ABCDEF самоустанавливания двухлезвий-
ного блока с прямолинейными режущими кромками, полученная
в результате записи на профилограмму (рис. 7) по виду соответ-
ствует теоретической ломаной самоустанавливания АОО'С,
представленной на рис. 4.
Запись перемещения такого плавающего блока производи-
лась при продольной подаче 0,109 м/мин и п=200 об/мин (к-
= 37 м/мин); величина первоначального смещения егупач=1 мм;
время самоустанавливания tv по профиллограмме равно 2,5 с;
расчетное значение tv, определенное по формуле (7), равно 2,7 с.
Стабильность положения плавающего блока с прямолиней-
ными режущими кромками исследовали методом визуального
наблюдения при использовании индикаторной головки с ценой
деления 1 мкм. В начале резания блок смещается сравнительно
интенсивно (общее смещение 12—20 мкм на длине 5—7 мм), а
через 5—7 мм продольного хода положение блока стабилизп-
13
Рис. 8. Влияние величины смещения
плавающего блока на точность обра-
ботки отверстия
Рис. 9. Влияние обрабатываемого ма-
териала на точность обработки отвер-
стия
Рис. 10. Схема резания
плавающим двухлезвий-
ным блоком при парал-
лельном и угловом сме-
щении осей инструмента
и детали
руется и его колебания в радиальном направлении составляют
0,3—0,7 мкм (в отдельных случаях 2—3 мкм) за один оборот
детали.
Колебание плавающего блока в процессе установившегося
резания не зависит от величины предварительного смещения оси
плавающего блока относительно оси заготовки.
При использовании плавающего блока с прямолинейными
режущими кромками определялось влияние предварительной
величины смещения центра блока е^нач относительно оси заго-
товки на точность обработки отверстия. Блок в данном случае
был настроен на размер 59, 62 мм. Величина первоначального
смещения оси блока относительно оси заготовки в пределах 0,2—
0,5 мм практически не влияет на точность обработки отверстия
по диаметру в продольном сечении (рис. 8). У переднего торца
14
наблюдается увеличение диаметра отверстия в пределах 0,02—
0,04 мм на длине 3—4 мм.
Влияние материала обрабатываемой детали на изменение
диаметра растачиваемого отверстия в продольном и поперечном
сечениях при отклонении оси блока относительно оси заготовки
на 0,2 мм показано на рис. 9. Диаметры отверстий в деталях из
сталей 45 (кривая 1) и ШХ15 (кривая 2) склонны к увеличению,
в то время как в латунных (кривая 3) и медных (кривая 4) дета-
лях диаметры отверстия уменьшаются.
Приведенный выше анализ характеризует процесс самоуста-
навливания плавающего блока, ось которого смещена парал-
лельно оси заготовки. В действительности ось инструмента мо-
жет иметь угловое смещение (разворот) относительно оси заго-
товки.
Схема резания плавающим двухлезвийным блоком при па-
раллельном еу нач и угловом фзу смещении осей //—II инструмен-
та и /—/ заготовки представлена на рис. 10.
Этап врезания при угловом смещении закончится, когда обе
кромки начнут снимать стружку нормальной толщины. Одна
режущая кромка отстает от другой на величину £>psin фр. Так
как для окончания этапа врезания заготовка должна сделать
половину оборота, то общее время врезания:
1 — рр sin Фу 60 । 60 (12)
вр sn 2п ’
где £>р —диаметр развертки (блока).
Затем начинается этап установившегося резания и в этом
случае теоретически глубина резания каждой режущей кромки
разная.
Первая опережающая режущая кромка при установившемся
резании срезает предварительный слой металла. При этом обра-
зуется предварительное отверстие с радиусом.
Ri = -^-cos-фу + 1Р tg (13)
где /р — длина калибрующей части блока.
Вторая режущая кромка снимает оставшуюся часть при-
пуска, в результате радиус отверстия
Т?2 — —~~ COS фр -|- бркон- (14)
Глубина резания, получающаяся при резании первой режу-
щей кромкой,
h =- -у- cos фр + eiJKOH — , (15)
где D3 — диаметр отверстия заготовки.
Глубина резания второй режущей кромкой определяется как
разность радиусов Ro и Ль
ts ~ С(|кон Ip tg Фр- (16)
15
Это значит, что вторая режущая кромка в данном случае
срезает очень тонкий слой и практически зачищает поверхность,
обработанную первой режущей кромкой. При этом диаметр
обработанного отверстия без учета погрешности ez от несовме-
щения осей инструмента и заготовки в вертикальной плоскости
Г>о = Г>рсо5фу + 2ву
КОН' (17)
Погрешность обработки, вносимая в результате неполного
совмещения осей инструмента и заготовки и наличия углового
смещения этих осей, определяется как разность между диамет-
ром полученного отверстия и диаметров плавающего блока:
AD = Dp(l — cos фу) + 2ej,KOH. (18)
С учетом величины ez диаметр обработанного отверстия
Do = 2 '^/ cos фу + еу к0„у + 4. (19)
КИНЕМАТИКА ПРОЦЕССА САМОУСТАНАВЛИВАНИЯ
ПЛАВАЮЩЕГО ДВУХЛЕЗВИЙНОГО БЛОКА
Рассмотрим возможности повышения точности обработки отвер-
стий на многошпиндельных токарных автоматах и кинематику
процесса самоустанавливания двухлезвийных инструментов без
учета их упругих отжатий и влияния физико-механических
свойств материала заготовки. Плавающие двухлезвийные ра-
сточные блоки размещают в пазу жестко закрепляемой оправки.
Приведенные выше расчеты выполнены для многошпиндель-
ных токарных автоматов, но они могут быть применены для
всей гаммы токарных станков, автоматов и полуавтоматов.
Схема обработки отверстия двухлезвийным плавающим бло-
ком при смещении осей YO'Z рабочего шпинделя (заготовки)
относительно координатных осей yoz закрепления инструмента
приведена на рис. 11.
Ось инструмента, перпендикулярная вектору плавания бло-
ка, смещена относительно оси вращения шпинделя в горизон-
тальной и вертикальной плоскостях.
На постоянные составляющие уо и zo смещения, представ-
ляющие неточность установки режущего инструмента относи-
тельно оси заготовки, после каждого поворота шпиндельного
барабана накладывается переменная часть смещения, характе-
ризующая положение центра рабочего шпинделя относительно
его координатных осей YO'Z. Центр рабочего шпинделя (заго-
товки) после поворота занимает случайное положение в преде-
лах эллипса, большая ось которого повернута относительно оси
у под углом р.
16
z
Рис. 11. Схема обработки отверстия двухлезвийным блоком при нали-
чии смещения осей инструмента и изделия в горизонтальной и вер-
тикальной плоскостях
Для одношпиндельных токарных автоматов понятия зоны
расположения центра шпинделя в виде эллипса не существует.
Предположим, что после очередного поворота шпиндельного
барабана ось заготовки попадает в точку М с координатами У
и Z. В связи с практически малым значением координаты У и
для упрощения расчетов принимаем угловую координату р=р0.
При условии совпадения оси отверстия заготовки с центром
инструментальной оправки будет получено отверстие с радиусом
£)т/2, который назовем теоретическим радиусом.
При наличии смещения ОМ — е осей инструмента и обрабаты-
ваемого отверстия фактический радиус обработанного отверстия
£)0/2 будет отличаться от DTI2.
Выразим величину смещения е в общем виде через текущие
координаты у и z:
е = Уг/2 + г2.
(20)
3—611
В свою очередь величины у и z в уравнении (20) с учетом
приведения значения координат У и Z к координатной системе
yoz имеют вид:
1/=- г/о + У cos р— Zsinp; (21)
z = z0 + У sin р + Zcos р. (22)
Будем считать, что ось заготовки совпадает с осью рабочего
шпинделя.
При условии плавания расточного блока в горизонтальной
плоскости величина у превращается в нуль, а значение z опре-
деляется по формуле (22). В этом случае величина смещения
е — ]/z2+У* sin2 p+Z2 cos2 p+2zo У sin P4-2ZqZcos рд-2У7 sin p cos p.
(23)
Радиус обработанного отверстия
_^ = 1/+ (24)
2 Г 4
или в развернутом виде:
-у- = + zo 4- Y2 sin2 р 4- Z2 cos2 р 4- 2zoZcos р ф-
4- 2 Zo У sin р 4- 2YZ sin р cos р. (25)
Нескомпенспрованная часть смещения е (ее вертикальная
составляющая ег) вызывает погрешность обработки отверстия,
Do Dp
которую можно представить с учетом, что —— — , в виде:
ДПО = 2 (|/ (26)
Таким образом, при обработке отверстий плавающим блоком
появляется погрешность обработки вследствие смещения оси
инструмента относительно оси заготовки в вертикальной пло-
скости.
Анализ полученных равенств (23) и (25) показывает, что
абсолютная величина радиуса отверстия и вносимой погрешно-
сти обработки может быть уменьшена, если принять р = 0. Это
практически можно достигнуть совмещением координатной
системы yoz инструментальной оправки с координатной систе-
мой рабочего шпинделя (заготовки) YO'Z.
При этом р = 0 и диаметр отверстия
D. = 2 |/(-^)2+ Zo 4- 22„+ 2zoZ. (27)
мента и заготовки (рабочего
шпинделя)
Несмотря на .некоторую отвлеченность, данный прием указы-
вает пути повышения точности обработки отверстий на
многошпиндельных токарных автоматах.
Точность обработки отверстий плавающим блоком, установ-
ленным под углом 0, будет определяться следующими величина-
ми (рис. 12):
в = z; (28)
D> = 2V + <29)
При установке плавающего блока в оправке под углом 0
точность обработки отверстия зависит от случайной величины—
координаты положения центра рабочего шпинделя.
Поворот оправки с плавающим блоком на угол 0 и совмеще-
ние начала координат систем yoz и YO'Z обеспечивают повыше-
ние точности обработки по сравнению с блоком, расположенным
параллельно оси Y координатной системы yoz; это видно из
сравнения окружности радиусом Do/2 при развороте плавающе-
го блока под углом и окружности радиусом £>0/2 при установке
плавающего блока в плоскости у координатной системы yoz
(положение режущих кромок показано штриховой линией).
3* 19
Принцип плавания расточного блока в одной плоскости
можно перенести на плавание оправки с блоком в другой верти-
кальной плоскости в виде самоустанавливающейся или качаю-
щейся развертки.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА САМОУСТАНАВЛИВАНИЯ
ПЛАВАЮЩЕГО БЛОКА С КРУГОВОЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ
В качестве сменных режущих элементов плавающих блоков при-
меняют серийно выпускаемые круглые твердосплавные пластин-
ки. Вследствие упругих деформаций обработанной поверхности
в месте контакта пластинки с этой поверхностью образуется
прямолинейный участок, являющийся как бы направляющей
частью инструмента. В результате обеспечивается устойчивое
положение плавающего блока в период установившегося реза-
ния. Рассмотрим процесс самоустанавливания плавающего бло-
ка с круглыми режущими пластинками.
Схема самоустанавливания блока с круглой твердосплавной
пластинкой радиусом г относительно одной из кромок обраба-
тываемого отверстия при параллельном смещении оси оправки
I—I и оси заготовки II—II, равном е^нач, показана на рис. 13.
Будем считать, что в момент первоначального контактирования
20
режущей кромки блока с кромкой заготовки оси оправки и пла-
вающего блока совпадают. При взаимодействии сил подачи и
трения блок начнет двигаться в радиальном направлении до
совпадения его оси с осью заготовки. Полная компенсация
величины смещения еуНач должна произойти тогда, когда центр
плавающего блока (точка В) переместится на ось заготовки
II—II. При этом центр круглой пластинки, а значит и центр
плавающего блока из условия равномерного движения должны
перемещаться по кривой радиусом г. Перемещение плавающего
блока прекратится, когда кривая движения центра блока пере-
сечет ось заготовки II—II в точке С. За это время точка О'
плавающего блока в продольном направлении пройдет путь
1 = ВЕ.
Средняя скорость перемещения блока с круглыми пластинка-
ми в пазу
Ucp
фон Ч~ фок
2
~60
Время самоустанавливания такого блока
_____ нач ' 60
, / фон ~Ь фок
sn tn -------------
о I Q
(30)
(31)
Для плавающего блока с круглыми пластинками в процессе
его самоустанавливания главный угол в плане меняется от неко-
торого максимального фон до минимального фок значений, в
связи с чем центр блока перемещается по кривой ABC'D'.
Главный угол в плане в момент первоначального контактиро-
вания одной из режущих кромок о кромку отверстия
фон = arccos (1 —
t -f- нач
(32)
где г — радиус круглой пластинки; еуНач — первоначальное зна-
чение величины смещения осей инструмента и заготовки.
Минимальный угол в плане фок получается в конце процесса
самоустанавливания и остается постоянным в течение всего
периода установившегося резания.
Угол
фок —'
Найдем критическое смещение екр, при котором процесс
самоустанавливания не сможет начаться. Это случается при
начальном значении угла в плане <ро = 9О° — ф. Условие заклини-
вания на основании равенства (32) может быть записано так:
1----(. + с«р = cos (90° — <р). (33)
21
Величина критического смещения:
^кр = ^[1— cos (90° — <р)] — t. (34)
Задаваясь максимально возможной величиной смещения
вшах, на основании равенства (33) можно определить радиус
круглой пластинки при выполнении условия самоустанавлива-
ния:
г =-----. (35)
1 — cos (90° — <р)
Изменение радиуса г в зависимости от угла в плане при
различных значениях £+етах с учетом угла трения представлено
на рис. 14.
Главный угол в плане в процессе самоустанавливания пла-
вающего блока с круглыми пластинками меняется. В связи с
этим должна измениться и скорость самоустанавливания пла-
вающего блока с круглой пластинкой. Текущая, или мгновен-
ная, скорость самоустанавливания
d . х
и ,ек = г — arcsin — ;
1 dt г
или
^гек =
sn
cos (р0
(36)
На основе анализа изменения фошек в процессе самоустанав-
ливания и равенства (36) можно сделать вывод, что скорость
самоустанавливания плавающего блока с круглой пластинкой
будет падать при уменьшении угла в плане фо.
Затухание скорости должно способствовать повышению точ-
ности центрирования блока с обрабатываемым отверстием.
Схема образования микронеровности Н при обработке отверстия
плавающим блоком с круглой пластинкой радиусом г с пода-
чей s дана на рис. 15.
Из треугольника АО В:
О А = VAB2 4- О В2.
Учитывая, что АВ — —, ОВ = г — Н, получаем
После преобразований получаем
2Я *
(37)
22
г9м*
Рис. 14. Номограмма для выбора
радиуса твердосплавной пластинки
в зависимости от главного угла
в плане
Рис. 15. Схема образования микро-
неровности Я при обработке отвер-
стия плавающим блоком
Пренебрегая значением Н2 окончательно имеем:
S2
(38)
г « —
8Н
Однако радиус пластинки, полученный по условию само-
устанавливания, значительно больше рассчитываемого по выра-
жению (38) для шероховатости поверхности 5—6-го класса
чистоты. Следовательно, условие самоустанавливания является
достаточным для выбора радиуса твердосплавной пластинки г.
Действительная шероховатость обработанной поверхности
обусловлена рядом факторов: геометрическими параметрами
режущей кромки, степенью ее износа, физико-механическими
свойствами обрабатываемого материала и т. д.; она значитель-
но отличается от геометрической.
Процесс самоустанавливания при обработке двухлезвийным
блоком с круглыми твердосплавными пластинками исследовали
с помощью записи перемещения плавающего блока на электро-
термическую бумагу профиллографом — профилометром 201, а
также высокочастотной киносъемкой камерой «Пентафлекс-16»
с частотой 96 и 64 кадра в секунду.
Одна из профилограмм процесса самоустанавливания, вреза-
ния и установившегося резания изображена на рис. 16. По
внешнему виду она напоминает теоретическую кривую ABC'D',
изображенную на рис. 13.
Участок а соответствует времени подхода плавающего блока
до момента первоначального контактирования одной режущей
кромки блока о край заготовки. Участок б, соответствующий
началу движения блока в пазу оправки (начальный период
23
Рис. 16. Экспериментальная
кривая процесса самоустанав-
ливания плавающего блока
с круглыми твердосплавными
пластинка sin
самоустанавливания), характеризуется сравнительной неста-
бильностью перемещения блока (скачки) и в то же время более
высокой скоростью перемещения по сравнению с участком в.
В первоначальный период самоустанавливания плавающего
блока имеющиеся в пазу оправки зазоры устраняются, что
предопределяет скачкообразный характер перемещения блока.
Участок в, характеризующийся более равномерным движением,
заканчивается небольшим толчком блока, который проскакивает
по инерции положение совпадения осей. Участок г — это этап
врезания, который начинается с момента, когда плавающий
блок, коснувшись другой режущей кромкой заготовки, изменяет
направление движения на незначительном отрезке пути, и начи-
нает срезать стружку (непосредственное врезание); после этого
начинается этап установившегося резания (участок д).
Скорость перемещения плавающего блока при подходе к за-
готовке уменьшается, в результате чего точность центрирования
заготовки и блока с круглыми пластинками выше точности
центрирования заготовки и блока с прямолинейными режущими
кромками. Уменьшение скорости перемещения плавающего
блока с круглыми пластинками приводит к некоторому увеличе-
нию времени самоустанавливания.
С помощью дешифрования кривых самоустанавливания пла-
вающего блока с круговой режущей кромкой было установлено,
что средняя скорость самоустанавливания блока при еНач=0,6мм
составляет 0,106 мм/с. В начальный период скорость достигает
0,18 мм/с, падая к концу периода самоустанавливания до 0.07—
0.08 мм/с.
Проведенный анализ процесса самоустанавливания плаваю-
щего блока показывает, что такие инструменты обладают спо-
собностью повышать точность обработки отверстий по сравнению
с резцами.
Применять самоустанавливающиеся инструменты наиболее
целесообразно и перспективно на токарных автоматах (одно- и
многошпиндельных), на токарно-револьверных станках, агрегат-
но-расточных и карусельных.
24
ПЛАВАЮЩИЕ ДВУХЛЕЗВИЙНЫЕ
РАЗВЕРТКИ
РЕГУЛИРУЕМЫЕ ДВУХЛЕЗВИЙНЫЕ РАЗВЕРТКИ
С ПЛАВАЮЩИМ БЛОКОМ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ
Расточные двухлезвийные блоки, размещаемые в пазу специаль-
ной оправки, применяют при обработке отверстий по 2—3 классу
точности в корпусных деталях, цилиндрах, гильзах и кольцах на
расточных карусельных станках, на одно- и многошпиндельных
токарных автоматах и полуавтоматах.
На машиностроительных заводах применяют конструкции
цельных и сборных, нерегулируемых и регулируемых двухлез-
вийных разверток из быстрорежущих сталей и с пластинками
твердого сплава.
Одна из конструкций двухлезвийных разверток с цельным
плавающим расточным блоком из быстрорежущей стали пред-
ставлена на рис. 3. Двухлезвийные плавающие развертки обыч-
но не регулируют после заточки. Использовать одну и ту же раз-
вертку для обработки отверстий нескольких размеров без ее
переточки невозможно. Наиболее перспективными являются ре-
гулируемые расточные двухлезвийные блоки.
Двухлезвийная развертка с микрометрическим регулировоч-
ным устройством изображена на рис. 17. Эти развертки изготов-
ляют 18 типоразмеров диаметром 19—200 мм (табл. 2). Раз-
вертка имеет корпус 1 с регулировочным устройством и два
сменных ножа 2; взаимозаменяемые ножи применяют двух
типов: / — для развертывания сквозных и II — для развертыва-
ния глухих отверстий; материал режущей части ножей — быст-
рорежущая сталь. Развертки изготовляют с коническим или
цилиндрическим хвостовиком. Ножи расположены в точном пазу
на переднем торце корпуса и защищены от выпадания и от
стружки крышкой 3, привернутой к корпусу винтами.
Для перемещения ножей в радиальном направлении в них
выполнен наклонный паз, по которому с помощью цилиндриче-
ского штифта 5 перемещается ромбовидная шпонка 4. Штифт 5
смонтирован в толкателе 6; последний может перемещаться
вдоль оси развертки призматическим стопорным пальцем 9,
связанным с микрометрической 8 и стопорной 7 гайками. Гайки
перемещаются по резьбе на корпусе развертки и фиксируют сто-
порный палец в требуемом положении. На наружной конической
поверхности микрометрической гайки нанесена шкала, одно
4—611 25
Рис. 17. Регулируемая развертка с микрометрическим регули-
ровочным устройством
деление которой соответствует изменению диаметра развертки
на 0,02 мм. У разверток диаметром до 50 мм на шкале нанесено
30 делений, а у разверток большего диаметра — 75 делений.
Шаг резьбы и угол наклона паза на ножах рассчитаны исходя
из указанной цены деления шкалы. Эти развертки можно регу-
лировать с большой точностью непосредственно на рабочем
месте без заточки или доводки. Применение таких разверток
позволяет сократить количество необходимых разверток (осо-
бенно в мелкосерийном производстве), уменьшить потери вре-
мени на выбор разверток, необходимых для получения требуемой
точности обработки, и повысить качество заготовок.
Величина перемещения ножей в радиальном направлении
определяется зазором между штифтом и стенками отверстия в
ромбовидной шпонке. Ножи (рис. 18 и табл. 3) имеют точную
заточку, выполняемую вне корпуса. Для разверток каждого
размера предусмотрены ножи определенной длины.
Развертки собирают в следующем порядке. Ромбовидную
шпонку помещают между ножами; с помощью штифта ножи и
шпонку соединяют с толкателем; навинтив гайки на корпус,
собирают блок ножей и толкатель с корпусом, фиксируя толка-
тель стопорным пальцем, свинчивают гайки и закрепляют сто-
порный палец; крышку привинчивают к корпусу. При затягива-
нии крышки необходимо следить за тем, чтобы ножи легко
перемещались в пазу корпуса под действием собственного веса.
Для получения отверстия требуемого диаметра развертку
устанавливают на размер с помощью микрометра, а затем кор-
26
Таблица 2
Типоразмер 1 развертки D ном а L 1 а ь с Конус Морзе
в мм
1 2 19—20,5 20,5—22 17 18,5 17,5 140 73 12 3,5 16 Ns 1
3 4 22—24 24—25 20 22 20,5 150 83 14 4,5 19
5 6 26—29 29—32 24 27 24,5 170 91 16 21 Ns 2
7 8 32—36 36—40 29 33 30 180 100 18 5,5 24
9 10 40—45 45—50 36 41 38 210 112 22 7,5 30 Ns 3
11 12 50—60 60—70 46 55 48 200 135 30 9,5 40 Ns 4
13 14 70—85 85—100 64 75 66 290 165 38 48
15 16 100—125 125—150 90 НО 90 360 200 52 11 64 Ns 5
17 18 150—175 175—200 135 150 100
ректируют установленный размер в процессе обработки. Размер
регулируют с помощью микрометрической гайки. При регулиро-
вании стопорную гайку освобождают, а затем вновь затягивают.
Развертку закрепляют в шпинделе станка или применяют
переходные втулки; плавающие патроны не используют. При
работе на токарных и револьверных станках следует устанавли-
Рис. 18. Схема заточки ножей:
А — цилиндрическая часть; Б — обратная конусность
4*
27
Таблица 3
Геометрические параметры режущей части ножей при fe = 0,03 мм
Тип ножа Ф° | е в мм О “з о “к 1 в мм Ц d в мм
Обрабатываемый материал
Сталь Чугун Сталь Чугун
I 10 5 2 2 10 14 5 3
II 45 45 0 0 10 14 5 0,7
вать развертку так, чтобы ножи были расположены горизонталь-
но. Для получения стабильных результатов обработки необхо-
димо в начале работы каждой разверткой вручную ввести в
обрабатываемое отверстие заборную часть ножей для их
центрирования по этому отверстию, а затем включать вращение
шпинделя и подачу.
При обработке плавающими развертками отверстий 2-го
класса точности в деталях из стали и чугуна целесообразно
применять следующие режимы резания: скорость резания до
10 м/мин; подача 0,3—0,5 мм/об и более, припуск на диаметр
0,2- -0,5 мм (меньшая скорость и большая подача — при работе
развертками большого диаметра).
При обработке деталей из стали применяют охлаждение
сульфофрезолом в смеси с керосином (до 50%) или с другими
жидкостями (например, с 5'—10% олеиновой кислоты или четы-
реххлорпстого углерода или с другими компонентами). Стой-
кость разверток при работе с охлаждающей жидкостью, изго-
товленной на основе масел, в 2 раза и более выше, чем при
работе с охлаждением 5—10%-ным раствором эмульсола в воде.
При обработке чугуна применяют охлаждение керосином или
работают всухую. Использование смазочно-охлаждающих жид-
костей улучшает качество обработки и повышает стойкость
разверток. Стойкость ножей из быстрорежущей стали не меньше
100 мин машинного времени при обработке стали 45.
При износе развертки производят несколько подналадок.
Ножи, имеющие износ по задней поверхности 0,5 мм и более,
необходимо перетачивать. Особенность описанных разверток—
отсутствие на калибрующей части ножей цилиндрической лен-
точки. Развертки при изготовлении не шлифуют, а только
затачивают на универсально-заточном станке.
В зависимости от условий производства применяют два
метода заточки: по передней поверхности с удалением слоя ме-
талла, толщина которого равна величине износа, или по задней
поверхности с проверкой калибрующей части по угольнику и
заборной части при помощи индикатора. Биение заборной части
•относительно калибрующей и боковых сторон у ножей одной
28
развертки должно быть не более 0,03 мм. Биение проверяют при
помощи индикатора 1 (рис. 19). При этом нож 3 или пластин-
чатая двухлезвийная развертка своей боковой стороной базиру-
ется на плоскость, а цилиндрической частью касается упора 2.
Для разверток с микрометрической регулировкой разница
расстояний от наклонного паза до калибрующей части до и пос-
ле переточки ножей, составляю-
щих один комплект, должна
быть не более 0,2—0,3 мм. Пере-
точка по задней поверхности бо-
лее экономична и увеличивает
срок службы ножей. Для полу-
чения меньшей шероховатости
обработанной поверхности место
перехода заборной части в ка-
либрующую необходимо скруг-
Рис. 19. Схема проверки биения
заборной части плавающего но-
жа развертки
лять мелкозернистым оселком, а
на калибрующей части создавать ленточку шириной около
0,05 мм с задним углом 0°. Шероховатость поверхностей режу-
щих кромок разверток должна быть не ниже 9-го класса чис-
тоты. Указанные развертки применяют для чистовой обработки
сквозных и глухих отверстий диаметром 32—300 мм при работе
на токарных и расточных станках. Для получения точности
2—3-го класса и шероховатости поверхности 7-го класса ис-
пользуют режимы обработки, приведенные в табл. 4.
Таблица 4
Обрабатываемый материал
Сталь (работа с охлаждением)
Чугун......................
Скорость резания в м/мин Подача в мм/об Припуск на сторону в мм
4—8 1,2—2 0,05—0,12
4—6 1,5—3 0,07—0,15
В научно-исследовательском п проектно-технологическом ин-
ституте машинострония (НИИПТМаш, Краматорск) разрабо-
тан стандарт на двухлезвийные регулируемые развертки (бло-
ки) из быстрорежущей стали (рис. 20) для обработки отверстий
диаметром 100—500 мм по 2-му классу точности.
В паз корпуса 2 вставлена гайка-лимб 3, которая имеет 100
штриховых делений по наружной поверхности. Резьбовая дер-
жавка 1 ввернута резьбовой частью в гайку-лимб и центрируется
отверстием 0 30 А корпуса; державка 4 по скользящей посадке
вставлена в другое отверстие 0 ЗОА корпуса. Державки имеют
лыски, к которым прижаты пружины 5 с помощью установочных
винтов 6. Пружины прикреплены к корпусу винтами 8. Ножи 7
29
изготовляют из быстрорежущей стали и впрессовывают в специ-
альный паз державок. Геометрические параметры режущей
части развертки даны на рис. 21. Передний угол для обработки
Рис. 20. Двухлезвийные блоки для обработки отверстий диаметром
100—500 мм
стали равен 20°. для чугуна— 10°. Задний угол а = 2—5°. Блок
собирают таким образом, чтобы державка 4 при отжатых вин-
тах 6, свободно от руки
перемещалась по отвер-
стию корпуса, а резьбо-
вая державка 1 выдвига-
лась при вращении гай-
ки рукой. Предельное
выдвижение державок ог-
раничено рисками. На-
стройку развертки произ-
водят при отжатых вин-
Рис. 21. Геометрические па-
раметры режущей части
тах 6: грубую — выдвижением державки 4 от руки; точную —
выдвижением резьбовой державки 1 с помощью вращения гай-
ки-лимба 3 в направлении, указанном стрелкой на корпусе. При
точной настройке развертки зазор в сопряжении державки с
гайкой удаляют вращением последнего на ‘/4 оборота в направ-
лении, обратном стрелке.
При обработке отверстий в корпусных деталях из сталей
35ЛП и 40 назначалась скорость резания 4—9 м/мин, подача
1,8—2,0 мм/об и глубина резания 0,1 мм; в качестве смазочно-
охлаждаюшей жидкости использовался 5%-ный раствор эмуль-
сии.
Применение развертывания с использованием описанных
регулируемых двухлезвийных блоков вместо растачивания или
шлифования повышает производительность труда на чистовых
операциях на 40—50% и сокращает объем пригоночных работ
при сборке на 5—7%.
30
РЕГУЛИРУЕМЫЕ ДВУХЛЕЗВИЙНЫЕ РАЗВЕРТКИ С БЛОКОМ
С ПРИПАЯННЫМИ ПЛАСТИНКАМИ ТВЕРДОГО СПЛАВА
Для повышения скорости резания и стойкости двухлезвийных
блоков в качестве режущих элементов применяют твердосплав-
ные пластинки. Двухлезвийный блок с припаянными пластинка-
ми твердого сплава пред-
ставлен на рис. 22. Блок
применяют для обработки
отверстий диаметром 25—
150 мм. Режущие пластины
/ и 2 соединены винтом 3.
Каждая пластина имеет вы-
полненные по 2-му классу
точности направляющий вы-
ступ и паз, позволяющие
при регулировании размера
развертки перемещать пла-
стины одну относительно
другой без перекоса и нару-
А-А
Рис. 22. Регулируемый плавающий
блок с припаянными пластинками
твердого сплава
шения параллельности ре-
жущих кромок. Для раздви-
гания пластин служит винт
4; стопорный винт 5 стяги-
вает обе пластины, предотвращая отвинчивание винта 4 и
обеспечивая натяжение развертки.
Оправка (рис. 23) имеет точное прямоугольное окно по раз-
меру разверток-пластин. Для всего диапазона диаметров раз-
верток предусмотрено четыре диаметра оправок: 22, 35, 50 и
Рис. 23. Оправка с ко-
ническим хвостовиком
для плавающего блока
? 2 3
70 мм. Неперпендикулярность окна к оси оправки не должна
превышать 0,03 мм. Для предотвращения выпадания развертки
закрепляются в оправке сухарем /, входящим в паз на торце
развертки; при закреплении обеспечивается зазор (возможность
«плавания»), равный в среднем 0,5—0,8 мм. Сухарь выдвигается
конусным винтом 3 и стопорится винтом 2.
Регулирование развертки по диаметру производится следую-
щим образом (рис. 22): освобождаются винты 3 и 5; поворотом
винтов 4 п 5 перемещают пластины одну относительно другой,
31
Рис. 24. Расточный регулируемый
блок
контролируя размер по микро-
метру; закрепляют винты и
окончательно контролируют
размер по микрометру. Диапа-
зон регулирования, в зависи-
мости от диаметра развертки,
равен 3—10 мм.
При обработке отверстий
2-го класса точности в дета-
лях из стали и чугуна целесо-
образно применять следующие
режимы: скорость резания до
20 м/мин, подача 0,3—0,5
мм/об, припуск на диаметр
0,2—0,5 мм. Стойкость твердо-
сплавных ножей достигает
300 мин при обработке серого
чугуна.
На Витебском станкостроительном заводе им. Коминтерна
для обработки отверстий в корпусных деталях на расточных
станках применяют расточный регулируемый блок (рис. 24). Он
имеет два ножа 1 с припаянными пластинками твердого сплава.
Ножи скреплены винтами 2. Для их перемещения и регулировки
на заданный размер служит шпонка 3 и винты 4. Режущая
кромка пластин должна располагаться ниже плоскости корпуса
ножа на 0,3 мм. Развертки могут работать консольно пли в двух
опорных борштангах. С помощью резца получают точную ось
растачиваемого отверстия с припуском в зависимости от диамет-
ра этого отверстия, затем подрезают торцы (с двух сторон) и
производят обработку. На заводе применяют блоки для обра-
ботки отверстий диаметром от 50 до 400 мм с диапазоном регу-
лирования 5—10 мм. Приведенные конструкции плавающих
блоков характеризуются большой длиной калибрующей части.
У двухлезвийных расточных блоков с короткой калибрующей
частью силы трения калибрующей части по обработанной по-
верхности уменьшаются (см. рис. 6). Эти блоки используют на
20 ГПЗ при обработке отверстия 60 мм в кольце подшипника из
стали ШХ15 на шестишпиндельном токарном автомате 1А290-6
и на Каменец-Подольском электромеханическом заводе при об-
работке отверстий в чугунных корпусных деталях на станке
1П365. Отверстия обрабатывают при скорости 40—60 м/мин.
В процессе испытаний этого блока определена его стойкость и
достижимая точность обработки. Плавающий блок устанавлива-
ют в паз оправки (рис. 25), имеющей корпус 1, крышку 3 с кре-
пящими винтами 5, винт 4, удерживающий блок 2 от выпадания
из паза. Испытания производили при постоянной скорости реза-
ния о=42 м/мин, подаче « = 0,244 мм/об и при различной глубине
резания (табл. 5).
32
Рис. 25. Оправка для плавающих блоков для многошппи-
дельпых токарных автоматов
Исходя из требований стойкости инструмента для расточного
блока, глубина резания рекомендуется в пределах 0,Г5—0,2 мм.
При дальнейшем увеличении глубины резания в пределах 0,35—
0,5 мм точность обработки несколько изменяется, но вместе с тем
Таблица 5
Глубина резания в мм Число измерений Поле рассея- ния в мм Средне- арифмети- ческое значение допуска в мм Средне- квадрати- ческое отклонение допуска в мм Овальность в мм Разностей- ность колец в мм Стойкость блока
число колец в шт. время в мин
0,15 1063 0,14 0,066 0,027 0,014 0,015 266 174
0,25 638 0,15 0,048 0,026 0,013 0,013 212 138
0,35 678 0,13 0,053 0,0254 0,011 0,015 211 137,4
0,5 641 0,12 0,054 0,026 0,012 0,016 177 115
резко падает размерная стойкость плавающего блока. В качестве
критерия затупления режущих кромок блока было принято
изменение размера отверстия на 0,1 мм от первоначально обра-
ботанного.
В табл. 6 приведены максимальные, минимальные и средние
значения допусков на отверстие 0 60 мм колец, обработанных
плавающим блоком при v = 42 м/мин; s = 0,244 мм/об и глубине
5—611 33
Таблица 6
I
II
III
IV
VI
Сред-
нее
значе-
ние
Со стороны базового торца в мм
0,051
0,056
0,056
0,056
0,048
0,056
0,053
0,041
0,042
0,044
0,052
0,042
0,048
0,046
0,046
0,049
0,050
0,054
0,045
0,052
0,050
0,011
0,017
0,015
0,013
0,016
0,01
0,013
0,011
0,02
0,014
0,015
0,018
0,011
0,015
Со стороны отрезки кольца в мм
0,051
0,055
0,053
0,057
0,053
0,054
0,053
0,042
0,041
0,045
0,045
0,045
0,049
0,044
0,046
0,048
0,049
0,051
0,049
0,051
0,049
0,012 0,012 0
0,015 0,02 -1-0,001
0,011 0,014 +0,001
0,011 0,015 +0,003
0,011 0,018 —0,004
0,008 0,012 —0,001
0,011 0,015 +0,001
резания £=0,35 мм, которые подтверждают способность плаваю-
щего блока компенсировать погрешности фиксации шпиндельно-
го барабана.
Средние отклонения диаметра отверстия отличаются макси-
мально на 8 мкм при t = 0,35 мм, что подтверждает высокую
стабильность точности размеров колец, обработанных на разных
шпинделях. В табл. 7 приведено рассеяние диаметров колец с
Таблица 7
Номер шпинделя Обработка отверстия расточным резцом Обработка отверстия плавающим блоком
поле рассеяния в мм рассеяние диаметров отверстий относительно шпинделя I в мм поле рассеяния в мм рассеяние диаметров отверстий относительно шпинделя I в мм
I 0,30 0 0,12 0
II 0,27 —0,03 0,12 0
III 0,33 +0,03 4-0,02 0,14 +0,02
IV 0,32 0,13 +0,01
V 0,32 + 0,02 0,12 0
VI 0,25 —0,05 0,12 0
отверстием 0 60 мм, обработанных с помощью расточного резца
и плавающего блока. Таким образом, использование плавающе-
го двухлезвийного блока позволило не только значительно
уменьшить допуск на отверстие по сравнению с расточным рез-
цом, но и снизило влияние неточности фиксации шпиндельного
блока на точность партии колец.
34
Рис. 26. Распределение
погрешностей обработки
отверстий:
1 расточным резцом, 2 -
плавающим блоком
Распре д е л е н и е
погрешности обра-
ботки отверстий 0
60 мм колец, обра-
ботанных на автома-
те 1А290-6 плаваю-
щим двухлезвийным
блоком с напайпыми
блоком с напайны-
ми твердосплавными
пластинами и рас-
точным резцом при-
ведено на рис. 26.
Испытания под-
тверждают принцип
самоустанавливае-
мости плавающих
блоков, точность об-
работки которыми в
Отклонение от номинала 0 60мм в0,01мм
2 раза превосходит точность обработки расточным разном. При
этом влияние неточности фиксации шпиндельного блока на точ-
ность обработки отверстий уменьшается в 2—2,5 раза по сравне-
нию с обработкой расточным резцом; шероховатость обработан-
ной поверхности соответствует 6—7-му классу чистоты.
Для обеспечения точности обработки в пределах 2—3-го
класса можно рекомендовать скорость резания 50—55 м/мин,
подачу 0,2—0,3 мм/об и глубину резания 0,15—0,25 мм.
Внедрение плавающего расточного блока на 20 ГПЗ позво-
лило снизить величину допуска на отверстие 0 60 мм и умень-
шить припуск на шлифование на 20—25%, в результате чего
годовая экономия на один внутрпшлифовальный станок достиг-
ла 600 р.
РАСТОЧНЫЕ БЛОКИ С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ
МНОГОГРАННЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИНОК
Б конструкциях блоков с механическим креплением многогран-
ных пластинок из твердого сплава применяют четырехгранные
пластинки из твердого сплава с центральным отверстием и сто-
роной квадрата 14 и 18 мм (диаметр описанной окружности 20
и 22 мм).
5* 35
Во Всесоюзном научно-исследовательском инструментальном
институте (ВНИИ) разработаны конструкции расточных блоков
с механическим креплением четырехгранных пластинок твердого
сплава, включающие 14 типов для обработки отверстий диамет-
ром 50—150 мм (рис. 27 и табл. 8).
Таблица 8
Типоразмер блока D ном В н Винт Эксцентрик Длина Мб винта М5
в мм
1 2 3 4 50—52 55—58 60—62 65—68 45 20 М8Х13 М8Х16 М8Х15 М8Х15.5 М8х 15,5 13 20 22 25
5 6 7 8 9 10 70—75 75—80 80—85 85—90 90—95 95—100 45 22 М8Х15 М8Х16.5 М8х16,5 М8х16,5 М8Х16.5 М8Х18 М8Х18 15 28 30
11 12 13 14 15 100—110 110—120 120—130 130—140 140—150 50 25 М8Х18 М8х19,5 M8X19.5 М8х 19,5 М8х19,5 М8х19,5 20 32 38
Примечание. Размеры подкладки 11,7X11,7X2,5 мм; размеры пластинки 11,7Х
Х11.7Х4 мм.
Блок имеет две державки 1 и 2, скрепленные винтом 3. Твер-
досплавные пластинки 6 крепятся с помощью винтов-эксцентри-
ков 4. Подкладка 5 предохраняет державки от повреждения при
выкрашивании пластинки. С помощью винтов 7 и 8 осуществля-
ют регулирование блока.
Заточка и геометрические параметры режущей части пласти-
нок зависят от назначения блока. Пластинки затачивают с
передними углами от +5 до —5°. Задние углы определяются
положением пластинки и равны 8—10°. Главный угол в плане,
а следовательно, и положение паза под режущую пластинку
могут быть изменены на 45°; вспомогательный угол в плане
1—3°. Одинаковое положение обеих режущих кромок обеспечи-
вается точным изготовлением как базирующих гнезд в держав-
ках, так и режущих пластинок.
36
1
3 2 4
5 6
Pitc. 27. Расточный блок с механиче-
ским креплением многогранных пла-
стинок твердого сплава
Описанные конструкции двухлезвипных блоков применяют
при растачивании гильз диаметрами 75А3 и 90А3 мм, длиной
400—900 мм из сталей 35, 45 и 40Х (заготовка — труба). Блоки
устанавливают на горизонтальном свсрлилыю-расточном станке
РТ-115 для обработки глубоких отверстий как в обычных ра-
сточных головках, так и в комбинированных (с деревянными
направляющими и с внутренним подводом смазочно-охлаждаю-
щей жидкости). В последнем случае эффективность от примене-
ния блоков больше, так как растачивание производится одно-
временно двумя блоками — черновым, закрепленным жестко, и
чистовым — плавающим (под расточку). До использования
блоков также детали обрабатывали последовательно за два-три
прохода.
Эксплуатация блоков с многогранными пластинками показа-
ла, что производительность расточных работ блоками с много-
гранными пластинками увеличилась по сравнению с растачива-
нием отверстий одполезвпйиымп наиаипымн резцами на 50%.
Применение двух блоков в комбинированной головке резко уве-
личивает срок службы деревянных направляющих; при этом
точность растачиваемых отверстий соответствует 2—3-му классу,
конусность и овальность не превышают 0,02—0,03 мм; прямоли-
нейность удовлетворяет требованиям, предъявляемым к цилинд-
рам с мягким уплотнением поршня. Такие плавающие блоки
позволяют применять скоростные режимы резания (до 120—
150 м/мин) и подачу 0,5—0,7 мм/об.
37
Стойкость каждой режущей кромки пластинки твердого спла-
ва Т15К6 при растачивании гильз на указанных выше режимах
резания в среднем составляет 75 мин. В процессе их износа на
передней поверхности образуется лунка, а на задней—ленточка.
Выход из строя режущих кромок характеризуется местным
сколом. Корпусы блоков долговечны и могут быть использованы
Вад А
Рис. 28. Плавающий регулируемый блок с механическим креплением
четырехгранной твердосплавной пластинки
для установки более пяти комплектов державок и 80 комплек-
тов пластинок, а стойкость каждой державки около 20 пласти-
нок.
Применение блоков с многогранными пластинками из твер-
дого сплава обеспечивает повышение производительности
растачивания на 50% и снижает себестоимость обработки
гильз. Между гранями твердосплавной пластинки и пазом дер-
жавки имеется зазор. Под действием сил резания этот зазор
устраняется, а при обратном .ходе расточного блока вновь вос-
станавливается, что приводит к появлению следа от режущей
кромки инструмента.
На 20 ГПЗ разработан плавающий блок, в котором твердо-
сплавная пластинка закреплена в прямоугольном пазу, грани
которого расположены под углом 45° к направлению подачи
резания с помощью эксцентриковых винтов. При этом направ-
ление действия силы из зажима совпадает с направлением силы
резания.
Расточный регулируемый блок с механическим креплением
твердосплавных пластин показан на рис. 28. Две половины 1 и
2 корпуса соединены винтом 4. Две твердосплавные пластинки 5
закреплены двумя эксцентриками 3 и дополнительно прижаты
к базовой поверхности винтами 7. Для настройки блока на раз-
мер необходимо отвернуть винт 4 и, вращая один из винтов 6,
настроить блок на размер. После этого завернуть до отказа
винт 4 и завернуть до упора второй винт 6. Блок помещают
в паз оправки по ходовой посадке 2-го класса. Стойкость блока
составляет 180—200 мин.
38
ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ
ПЛАВАЮЩИМИ БЛОКАМИ С КРУГЛЫМИ ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ
ПЛАСТИНКАМИ
Всесоюзным научно-исследовательским институтом подшипнико-
вой промышленности (ВНИПП, г. /Москва) и 20 ГПЗ (г. Курск)
разработаны, исследованы и внедрены в производство плаваю-
щие двухлезвийные блоки с круглыми твердосплавными пла-
стинками (рис. 29). В корпусе
пластинки 3 твердого спла-
ва, закрепленные прихвата-
ми 4 с помощью винтов 5 и
регулируемых упорных вин-
тов 2.
Режущие круглые пла-
стинки твердого сплава
ТИК8 поставляются по ТУ
571—62. Особенность режу-
?равпению с геометриче-
щих кромок этих пластинок
заключается в том, что по
сравнению с геометриче-
1 блока установлены круглые
Рис. 29. Плавающий двухлезвийпый
блок с механическим креплением
круглых твердосплавных пластинок
скими параметрами режу-
вающего блока отсутствует
прямолинейная направляю-
щая часть. Эксперименталь-
ная проверка подтвердила правильность предположения, что
вследствие упругих деформаций обработанной поверхности в
месте контакта пластинки с этой поверхностью образуется
условно прямолинейный участок, являющийся как бы направ-
ляющей частью инструмента. Основным преимуществом круг-
лых пластинок твердого сплава является их большая долговеч-
ность, обусловленная возможностью обновления режущих кро-
мок путем поворота пластинок до 5 раз в гнезде блока, а также
возможность переточек пластинок на меньшие размеры. В про-
цессе обработки отверстий таким блоком углы резания изме-
няются.
Действительный задний ад и передний у„ углы (рис. 30) за-
висят от смещения А вершины пластинки относительно оси об-
работанной поверхности диаметром О() в направлении плавания
инструмента.
Угол трансформации определяется по формуле
. , 2А
sin фт = —-
(39)
Действительный задний угол равен углу трансформации
(осд=фт).
Действительный передний угол равен разности начального
39
блоком
Рис. 30. Схема определения
параметров среза и углов ре-
жущей части круглой пластинки
переднего угла заточки
пластинки и угла транс-
формации:
Уд = Y — Фт- (40)
Основным условием
правильной работы пла-
вающего блока является
одинаковая установка
твердосплавных пласти-
нок в осевом направле-
нии: пластинки должны
находиться в одной плос-
кости, перпендикулярной
направлению подачи.
Максимальную толщину среза при обработке двухлезвийным
о •
О-max — “Т" SH1 фо max-
(41)
Ширина среза
b = ]/г2—(г —О2- (42)
или приближенно (при пренебрежении величиной /2 ввиду ее
малости).
(43)
Точность и шероховатость обработанных отверстий на мно-
гошпиндельных токарных автоматах, а также стойкость пла-
вающих двухлезвийных блоков с круглыми твердосплавными
пластинами исследовали в производственных условиях на 20
ГПЗ при обработке отверстия 0 60 мм из стали ШХ15 на ос-
нове метода планируемого эксперимента, методика которого
кратко изложена применительно к данному случаю.
Зависимость погрешности обработки от режимов резания
может быть выражена уравнением:
6cl) = dV/, (44)
где t, v, s — соответственно глубина, скорость резания и пода-
ча; у, а, х — показатели степени при глубине, скорости резания
и подаче; с — постоянный коэффициент, зависящий от вида
инструмента, материала детали и т. д.
40
После логарифмирования получим
у — Ьо + -J- Ь2Х2 bsxs,
(45)
где у — логарифм точности; b0, bi, b2, bs — параметры; х2,
Л'з — логарифмы.
Пель проводимой серии опытов состоит в эксперименталь-
ном получении уравнения (45).
При полном факторном эксперименте для каждого исследуе-
мого параметра выбирают определенное число уровней. В дан-
ном случае принято три уровня для скорости, глубины резания
и подачи в соответствии с табл. 9.
Таблица 9
Уровень Скорость резания в м/мин Подача в мм/об Глубина резания в мм Кодовые обозначения
1 2 3
Верхний 74 0,443 0,5 +1 +1 +1
Средний 58 0,341 0,35 0 0 0
Нижний 42 0,244 0,2 —1 —1 —1
Уровни исследуемых параметров закодированы таким обра-
зом, что верхнему уровню соответствует +1, среднему 0, а
нижнему —1. При таком методе кодирования необходимо по-
ставить 23 опытов и, кроме того, четыре опыта — с дополни-
тельной центральной точки для оценки точности эксперимента.
Кодирование производится при помощи уравнений преобра-
зования:
X = 2 (1ПЛ>--111 Xf max ।, ,4g«
In X; max — In X[ min
где Xf — значения варьируемых параметров v, t и s.
При этом
V — ГУпах! -Kj — 1; t = fmaxi Х2 — 1; S = Smax5 %з ~ 1»
v — оср; *1 = 0; t — tCp, х2 — 0; s = scp; xs = 0;
О =- Ominl Л-1 -- 1j t = /min» '— 1» S = Smini %3 ~ — 1 •
Для выявления математической зависимости 6СГ от парамет-
ров резания v, / и s надо экспериментально решить уравнение
(45). Для этого воспользуемся методикой П. Г. Кацева [13].
Коэффициенты b0, bj, b2 и Ь3 уравнения (45) определяются
на основе экспериментальных данных методом наименьших
квадратов.
41
Для решения получаемых при этом методе системы линей-
ных уравнений применяем матричную алгебру. В матричном
виде коэффициенты уравнения (45): Ь — (х'хУ'х'у. Порядок
определения матриц следующий: х, х', х'х, (х'х)~\ (х'х)~ух'.
Результаты этой серии опытов приведены в табл. 10.
Таблица 10
Матрица планирования Выход
Скорость резания л, в м/мин Глубина резания хг в мм Подача х3 вмм/об Кодовые, обозначения Среднее рассеяние б в мкм ср г/=1пб ср
х0 х2 Х8
74 0,2 0,244 J-1 +1 —1 —1 61 4,1119
42 0,2 0,244 +1 —1 —1 —1 56 4,0254
74 0,2 0,443 +1 —1 —1 +1 60 4,0944
42 0,2 0,443 +1 —1 —1 -и 54 3,9890
74 0,5 0,244 +1 +1 +1 —1 67 4,2047
42 0,5 0,443 +1 —1 +1 +1 49 3,8918
42 0,5 0,244 +1 —1 +1 —1 47 3,8502
58 0,35 0,341 -1-1 0 0 0 58 4,0605
74 0,5 0,443 4-1 +1 +1 4-1 65 4,1744
58 0,35 0,341 + 1 0 0 0 56 4,0254
58 0,35 0,341 + 1 0 0 0 60 4,0944
58 0,35 0,341 +1 0 0 0 54 3,9890
После решения уравнения (45) с помощью матричной ал-
гебры получим зависимость точности обработки отверстия пла-
вающим блоком от режимов резания:
Scp = 1,97
Д-22
ZO,124
(47)
Таблица 11
Фактическое значение Расчетное значение Фактическое значение Расчетное значение
Л ср в мкм г/=1пб ср б ср в мкм у—1пЛ ср б в мкм ср l/=Itl6 ср А В МКМ °ср у—1пб ср
61 4,1119 62 4,1246 47 3,8502 488 3,8687
56 4,0254 54 4,0006 58 4,0605 54,6 4 0016
60 4,0944 62 4,1246 65 4,1744 55 4,0110
54 3,9890 54 4,0006 56 4,0254 54,6 4,0016
67 4,2047 55 4,0110 60 4,0944 54,6 4,0116
49 3,8918 48 3,8687 54 3,9890 54,6 4.0016
42
Подача не влияет на точность обработки.
Результаты расчета точности обработки отверстия 6ср по
уравнению (46) и сравнения их с фактическими результатами
приведены в табл. 11. Данные табл. 11 подтверждают высокую
степень сходимости расчетных значений с фактической точно-
стью обработки, за некоторым исключением.
Экспериментальные и
теоретические кривые рас-
пределения, характеризую-
щие точность отработки от-
верстия 0 60 кольца па ав-
томате 1А290-6 плавающим
блоком, представлены на
рис. 31.
Экспериментальная кри-
вая построена на основании
измерения 1220 колец, об-
работаных в течение одной
подналадки при скорости
58 м/мин, глубине резания
0,35 мм и подаче
0,341 мм/об. Гистограммы,
характеризующие оваль-
ность и разностенность этих
колец, представлены на
Рис. 31. Кривые распределения, ха-
рактеризующие точность обработки
отверстии 60 мм на автомате 1А290-6:
1 — экспериментальная; 2 — теоретическая
рис. 32, а и б. Средняя овальность пе превосходит 0,013 мм,
а разностенность не более 0,015 мм.
43
В начале эксплуатации пластинок шероховатость поверхно-
сти соответствует 66 классу (J?a = 1,9 мкм). По мере приработки
шероховатость уменьшается до 7-го класса (7?а=0,9 мкм). При
износе пластинок по задней поверхности до 0,5 мм шерохова-
тость начинает увеличиваться до 5-го класса.
Изменение усредненных значений шероховатости в зависи-
мости от скорости
Ra,MriM
5
4
3
I
1
42 58 74
V, м/мин
резания и подачи представлено на рис. 33.
Подачи от 0,244 до 0,443 мм/мм существен-
но не влияют на шероховатость. Скорость
резания в исследуемом интервале более су-
щественно влияет на шероховатость обра-
ботанной поверхности.
Исходя из требований точности, шеро-
ховатости обработанной поверхности и
стойкости инструмента для плавающих
двухлезвийпых блоков с круглой пластин-
кой Т14К8 можно рекомендовать следую-
щие оптимальные режимы резания: о =
= 58-4-65 м/мин; s = 0,25-4-0,35 мм/об и глу-
Рис. 33. Зависимость шероховатости обработанных
отверстий от скорости резания и подачи:
/ -- s~0,341 мм/об, #=0,35 мм; 2 — s==0,443 мм/об, /=0,35 мм
бина резания t = 0,2-4-0,35 мм, а при необходимости может быть
0,5 мм.
Для выявления способности плавающего блока компенсиро-
вать неточность фиксации шпиндельного блока приведены дан-
ные измерений для каждого шпинделя токарного автомата
1А290-6.
Результаты экспериментов по выявлению влияния глубины
резания t на точность обработки отверстия 0 60 мм кольца
плавающим двухлезвийным блоком с круглыми твердосплавны-
ми пластинками при о=58 м/мин и s = 0,341 мм/об приведены в
табл. 12.
Таблица 12
Среднее значение поля рассеяния 6ср в мкм
Глубина резания в I шпиндель И шпиндель III шпиндель IV шпиндель V шпиндель VI шпипдель Автомат
0,2 50 51 51 51 51 52 51
0,35 58 58 55 59 57 60 58
0,5 56 58 59 59 54 57 57
44
В качестве критерия точности принято среднее значение
поля рассеяния (фактического допуска). Ниже приведен анализ
точности обработки этим же плавающим блоком по критерию
точности обработки. Средние значения мгновенной точности
отверстия кольца 212/02, обработанного тем же плавающим
блоком, приведены в табл. 13.
Плавающий блок может работать в широком диапазоне глу-
бины резания с обеспечением высокой средней и мгновенной
Таблица 13
Среднее значение мгновенного рассеяния
д в мкм
МГН
Стойкость
Глубина
резания
в мм
Число
I
шпин-
дель
II
шпин-
дель
III
шпин-
дель
IV
шпин-
дель
V
шпин-
дель
VI
шпин-
дель
Всего
по
стан-
ку
в шт. в мин
0,2 3144 7,1 7,2 7,1 7,7 6,5 7,0 7,1
0,35 2220 6,5 6,1 6,4 5,7 5,8 6,0 6,1
0,5 1398 7,5 8,5 7,6 8,9 9,9 8,7 8,5
1308 380
1110 324
700 205
точностей. Однако с учетом стойкости плавающего блока в ка-
честве оптимальной глубины резания можно рекомендовать
0,2—0,35 мм.
Данные табл. 12 и 13 подтверждают вывод о способности
плавающих блоков компенсировать влияние неточности фикса-
ции шпиндельного блока. Так, согласно табл. 12 среднее значе-
ние поля рассеяния диаметра отверстия колец, обработанных
на различных шпинделях, не превосходит 5 мкм. При обработке
отверстий колец расточным резцом эта величина составила
50—70 мкм. Разница мгновенной точности отверстия колец
212/02 относительно шпинделей достигает максимального значе-
ния 2,4 мкм. Неполная компенсация влияния неточности фикса-
ции шпиндельного блока объясняется тем, что практически не-
возможно каждый раз обеспечить идентичные условия само-
устанавливания плавающего блока.
Стойкостные испытания плавающего блока с круглыми
твердосплавными пластинками показали, что стойкость его
достаточно высока и составляет 320—380 мин. Этот новый вид
самоустанавливающихся инструментов, кроме 20 ГПЗ, внедрен
на 1 ГПЗ, 10 ГПЗ и 18 ГПЗ для обработки отверстий диамет-
ром 50—100 мм.
Обработка отверстий плавающими блоками, оснащенными
круглыми пластинками твердого сплава, позволяет: а) в 2,5—3
раза уменьшить допуск на отверстие в партии деталей и более
45
чем в 2 раза — геометрические погрешности (овальность и раз-
ностенность) по сравнению с методом обработки отверстий
расточным резцом; б) на один-два класса снизить шерохова-
тость обработанной поверхности, стабильно обеспечивая 6—7-й
класс чистоты; в) применить скоростные режимы резания на
токарных автоматах, где лимитирующим инструментом являют-
ся быстрорежущие расточные пластинки; г) в 5—6 раз снизить
эксплуатационную стойкость расточных инструментов вследст-
вие повышения размерной стойкости и многократного использо-
вания круглых пластинок твердого сплава.
КАЧАЮЩИЕСЯ РАЗВЕРТКИ
ПРОЦЕСС САМОУСТАНАВЛИВАНИЯ
КАЧАЮЩИХСЯ ДВУХЛЕЗВИЙНЫХ РАЗВЕРТОК
Качающиеся развертки и шарнирные державки к ним позво-
ляют инструменту поворачиваться на определенный угол и са-
моустанавливаться по обрабатываемому отверстию.
Рассмотрим процесс самоустанавливания, врезания и уста-
новившегося резания качающейся двухлезвийной развертки.
Схема первоначального контактирования одной режущей кром-
ки двухлезвийной качающейся развертки с кромкой обрабаты-
ваемого отверстия дана на рис. 34. Ось рабочего шпинделя /—I
Рис. 34. Схема самоустанавливания качающейся двухлезвийной развертки:
/_/__ ось рабочего шпинделя- Ц~—Н— линия центра качания развертки
условно принята совпадающей с номинальной осью, а величины
Cj/нач и представляют собой соответственно смещение и непа-
раллельность осей заготовки и инструмента с номинальной
осью.
Пусть в момент первоначального (рис. 34, а) контактирова-
ния одной режущей кромки развертки с кромкой обрабатывае-
мого отверстия центр качания развертки находится в точке О
на линии II—II. Считаем, что центр качания развертки под дей-
ствием движения подачи будет перемещаться по линии II—II.
Как и в случае с плавающим блоком, в точке контактирования
под действием движения подачи появляется нормальная сила N,
величина которой прямо пропорциональна сопротивлению на
режущей кромке.
47
В результате действия второй радиальной силы Ny2
(рис. 34,6), направленной против силы Nvt, движение блока в
радиальном направлении резко затормаживается. Возможно,
что при определенных соотношениях сил Nyl и Ny2 и силы тре-
ния Т в конструкции державки блок может кратковременно
двигаться в сторону, противоположную первоначальному на-
правлению.
По условиям равенства противодействия кромок обрабаты-
ваемого отверстия в момент контактирования можно принять
Ni = N2=N.
Тогда вертикальные составляющие силы
Nvl = N cos (<р0 — фу + ф); (48)
Nyt = N cos (ф0 4- “Фг/ + ф)- (49)
Сила Nvi>NV2, т. е. в радиальном направлении в момент
контактирования обеих режущих кромок блока о кромку отвер-
стия заготовки действует сила
ANy = Nyl-Ny2. (50)
После подстановки значений Nyl и Ny2 в равенства (48) и
(49) и после преобразований получаем
ANy — N2 sin (ф0 + ф) sin 2фу. (51)
В частности, при фу=0, т. е. при отсутствии углового смеще-
ния осей инструмента и заготовки, ANy—0.
После контактирования обеих режущих кромок о кромку
обрабатываемого отверстия плавающий блок может получить
дополнительное перемещение при условии
A/Vy > Т cos фу. (52)
Учитывая, что значение силы трения Т как величины про-
порциональной осевым составляющим Nx\ и Nx2 меняется при
изменении знака угла смещения ±фу в формуле (3), можно
принять:
Т — jiN sin (ф0 + ф). (53)
Подставив значения Т из выражения (53) и ANy из равен-
ства (51) в условие (52), получаем
N2 sin (фо + ф) sin 2фу > pN sin (ф0 + ф) cos фу, (54)
После элементарных преобразований условие плавания бло-
ка при контактировании обеих режущих кромок с кромкой от-
верстия заготовки окончательно примет вид
фу > arcsin
(55)
Таким образом, теоретически допускается, что блок может
дополнительно перемещаться под действием силы AAV. Однако
48
скорость перемещения блока при этом снизится и значение
екон существенно не изменяется.
При использовании качающихся разверток угол смещения
меняется в процессе первоначального контактирования, вреза-
ния и установившегося резания согласно рис. 34. В процессе
установившегося резания (рис. 34, в) величина углового смеще-
ния остается неизменной. Диаметр обрабатываемого отвер-
стия и погрешность обработки можно рассчитать по формулам
(17) и (18), подставляя соответствующие значения из конкрет-
ной схемы обработки.
В период установившегося резания (рис. 34, в) появляю-
щиеся радиальные составляющие сил резания Pvi и Pv2 должны
взаимно уравновешиваться. Это справедливо только при пол-
ном совпадении, условий резания на обеих режущих кромках
развертки, что практически не выполнимо. По этой причине
всегда имеется нескомпенсированная часть радиальных сил
резания, которая пытается вывести развертку из положения,
занятого ею в процессе самоустанавливания.
Шарнирное или качающееся крепление позволяет развертке
самоустанавливаться по предварительно обработанному отвер-
стию. Кроме того, оно позволяет компенсировать некоторые
погрешности самой развертки, например смещение осей хвосто-
вика и режущей части развертки.
ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИИ КАЧАЮЩИМИСЯ
МНОГОЛЕЗВИЙНЫМИ РАЗВЕРТКАМИ
Рассмотрим работу многолезвийной развертки, которая закреп-
лена в качающемся патроне (рис. 35). Подвижная (качающая-
ся) часть патрона, в которой неподвижно закреплена разверт-
ка, может колебаться во всех направлениях относительно
точки А корпуса патрона, неподвижно укрепленного в пиноли
задней бабки или в гнезде револьверной головки станка.
Рис. 35. Схема закреп-
ления развертки:
1, 2 — корпус и качаю-
щаяся часть патрона;
3 — развертка; 4 — заго-
товка
В идеальном случае оси шпинделя станка отверстия детали
и развертки совпадают. Однако практически отклонения от та-
кого расположения имеются всегда. При закреплении в качаю-
щемся патроне погрешность расположения инструмента харак-
теризуется смещением еи точки А относительно оси I—I шпин-
деля станка. Погрешности расположения оси III—III заготовки
49
(в дальнейшем под осью заготовки будет подразумеваться ось
отверстия, предварительно обработанного под развертывание)
характеризуются ее радиальным смещением е3 относительно
шпинделя в плоскости переднего торца заготовки и углом т3
(непар ал дельностью). Перекос оси ///—/// относительно оси
1—I можно рассматривать как совокупность эксцентриситета и
непараллельности. Колебательное движение развертки позво-
ляет совместить ее ось с осью заготовки только в одной точке
(в точке В), т. е. совмещение осей будет неполным. Поэтому
развертка входит в отверстие с некоторым наклоном о, что мо-
жет вызвать погрешности формы и изменение положения оси
развернутого отверстия.
Отверстия заготовок обрабатывали на токарных и револь-
верных станках (главное движение совершала заготовка, за-
крепленная в шпинделе станка; инструмент совершал подачу).
Машинной разверткой 7АХ15° из стали Р18 обрабатывали де-
тали из алюминиевого сплава Д16Т, закрепление развертки —
качающееся, длина развертываемых отверстий 15 мм, v =
= 5 м/мин, £=0,1 мм, s=0,l мм/об, смазочно-охлаждающая
жидкость — смесь керосина (50%) со скипидаром.
При ЦцК-О, еи=0 и т3=0 развертка входит в отверстие под
углом ф, величина которого может быть подсчитана по формуле
= (56)
где L — расстояние от точки А до входного торца заготовки.
Наклон развертки (оси II—II) относительно заготовки (оси
(III—III) приводит к тому (рис. 36), что противоположные ре-
жущие кромки развертки работают в разных условиях. Режу-
щая кромка гд срезает стружку большего сечения, чем противо-
положная кромка бв. Следовательно, на кромку гд действует
и большая сила резания Р', т. е. радиальная сила Р'у не урав-
новешивается силой Р"у. Под действием разности сил АРУ=
— Р'у—Р"у развертка стремится сместиться в направлении дей-
ствия силы Ру, однако такому смещению препятствует уже об-
работанный участок кромки аб. Сила Ру действует в плоскости,
проходящей через ось
I—I шпинделя станка,
ось //—// развертки и
ось ///—/// заготовки.
В процессе развертыва-
ния эта плоскость сохра-
няет неизменным свое
положение относительно
заготовки. Это значит,
Рис. 36. Схема резания качающей-
ся многолезвийной разверткой
50
что по отношению к заготовке сила АРУ является местной на-
грузкой. В процессе развертывания под действием нагрузки
ДА, развертка постоянно прижимается к одной и той же сто-
роне отверстия.
Если возможна обработка стенок отверстия калибрующей
частью развертки, то стенка отверстия дополнительно обраба-
тывается по образующей аб. В результате отверстие станет
овальным. Если предположить, что калибрующая часть раз-
вертки не может интенсивно воздействовать на стенки отвер-
стия, то обработанный разверткой участок отверстия абдж
можно рассматривать как кондукторную втулку, направляю-
щую развертку по ее калибрующей части. В этом случае раз-
вертка будет углубляться в заготовку в наклонном положении,
в результате чего отверстие после развертывания будет рас-
положено наклонно.
Угол ipi наклона развертки в начале развертывания может
быть подсчитан по формуле:
= (57)
где Ь\ — расстояние от точки А до входного торца заготовки в
момент начала развертывания (см. рис. 35).
Угол наклона развертки увеличивается по мере ее углубле-
ния в заготовку, что обусловлено уменьшением расстояния от
точки А до заготовки при неизменном е3. Максимальный угол
наклона ф2 развертка будет иметь в момент окончания развер-
тывания:
= (58)
где L2 — расстояние от точки А до входного торца заготовки в
момент окончания развертывания.
Увеличение угла наклона развертки от ф1 до ф2 может вы-
звать дополнительные погрешности развернутого отверстия.
Таким образом, наличие радиального биения заготовки услож-
няет воздействие развертки на отверстие. Теоретически возмож-
но появление погрешностей формы и неперпендикулярности от-
верстия к базовому торцу заготовки. Кроме того, можно ожи-
дать и увеличения диаметра отверстия. Количественно оценить
эти погрешности сложно.
Характер и величину погрешностей устанавливали экспери-
ментально при эксцентриситете 20, 40, 65, 100, 150, 200, 300, 400
и 500 мкм. При каждом значении эксцентриситета было раз-
вернуто по десять отверстий. После развертывания отверстия
измеряли и по усредненным значениям строили графики. Ре-
зультаты измерений показали, что радиальное биение заготовки
не вызывает овальности. Неперпендикулярность развернутых
отверстий к базовому торцу заготовки измеряли в плоскости
наклона развертки. Радиальное биение заготовки вызывает по-
51
явление неперпендикулярноети оси отверстия, равной углу на-
клона развертки в момент окончания процесса развертывания
(рис. 37).
Рис. 37. Влияние эксцентр и-
ситета установки заготовки на
неперпендикулярность развер-
нутых отверстий:
1 — экспериментальная зависимость
Ф от е3; 2 и 3 — неперпендикуляр-
ность оси развертки к базовому тор-
цу заготовки соответственно в мо-
мент начала и окончания развер-
тывания
Зависимость профиля продольного сечения отверстий от экс-
центриситета е3=20; 200; 500 мкм установки заготовки показана
на рис. 38. Смещение заготовки не влияет на характер и вели-
Рпс. 38. Зависимость профиля продольного сечения отвер-
стия от эксцентриситета установки заготовки
чину погрешностей формы продольного сечения отверстий. Диа-
метр отверстий всех образцов увеличен на !/з длины, а далее
конусность исчезает и на поверхности отверстий сохраняется
лишь незначительная волнистость.
На рис. 39 кривая 1 отражает влияние радиального смеще-
ния заготовки на увеличение диаметра:
2
й = Оср —4 = ------du, (59)
п
Dcp — среднее значение диаметра отверстия; da — диаметр
инструмента; п — число измерений.
За средний диаметр отверстия принимают среднеарифмети-
ческое значение результатов измерений отверстий, развернутых
при определенном значении эксцентриситета. Радиальное бие-
52
ние заготовки не влияет на увеличение диаметра отверстий
(рис. 39), даже при эксцентриситете заготовки 0,5 мм.
Влияние непараллельности (наклона) оси заготовки иссле-
довали при т3=^0; е3=0; еи=0 (см. рис. 35). При т3=^0 нельзя
избежать радиального биения по всей длине отверстия. В экс-
периментах принимали, что е3=0 по переднему торцу (оси за-
готовки и шпинделя станка пересекаются в плоскости входного
торца заготовки) и т3=0°; 0°15'; 0°30'; 0°45' и 1°. Развертывание
вызывает изменение положения оси отверстия: непараллель-
Рис. 39. Зависимость увеличе-
ния диаметра отверстий от по-
грешности установки заготовок:
1 — эксцентриситета; 2 — непарал-
лельности
ность отверстия относительно оси шпинделя станка резко умень-
шается. При малых углах наклона заготовки развертывание
почти полностью устраняет непараллельность отверстия. Напри-
мер, при т3=0о15' степень исправления непараллельности (на-
клона) оси отверстия составляла 88%, т. е. после развертыва-
ния т3=0°1/48//. Под степенью исправления непараллельности
понимается отношение
е = Ts~,L_ юо, (60)
Тз
где т3 — непараллельность отверстия до развертывания; т —
непараллельность отверстия после развертывания.
При увеличении наклона заготовки степень исправления
уменьшается; при т3=1° степень исправления е=75%, т. е.
после развертывания т3 = 0°15'.
Наклон оси заготовки не влияет на характер и величину
погрешностей формы отверстий и не увеличивает диаметр от-
верстия (см. рис. 39). Таким образом, погрешности установки
заготовок при обработке их качающимися развертками изме-
няют положение оси отверстий после развертывания, но не уве-
личивают диаметр отверстия и не влияют на погрешности
формы отверстий.
Качающаяся развертка, широко применяемая на многих
машиностроительных заводах, показана на рис. 40. Развертка
самоустанавливается под действием сил резания в результате
покачивания относительно оси 2 в оправке 1. Но в данном слу-
чае неизбежен значительный перекос оси развертки относитель-
но осн обрабатываемого отверстия как в момент врезания, так
и при установившемся резании. Кроме того, в связи с быстрым
размерным износом развертки стойкость ее невелика.
53
Рис. 40. Схема шарнирного закреп-
ления многолезвийной развертки
Более совершенная конст-
рукция качающейся двухлез-
вийной развертки представле-
на на рис. 41. Две режущие
твердосплавные пластинки 3
укреплены с помощью клея на
прямоугольной рамке 2. Внут-
ри рамки 2 помещены клинья
4 и 6, принудительно разжи-
мающие рамку, что позволяет
осуществить тонкую регули-
ровку блока без снятия его с оправки. Это клинья перемещают-
ся с помощью винтов 5. По оси оправки установлены штифты 1
и 7, расположенные перпендикулярно к плоскости установки
блока; они проходят через прямоугольные и призматические
прорезы, выполненные в противоположных сторонах рамки.
Штифты / и 7 обеспечивают свободный поворот блока относи-
тельно осп растачиваемого отверстия. При шарнирном закрепле-
нии многолезвийных разверток диаметр отверстия увеличивается
незначительно (в 1,5 раза меньше, чем при жестком закрепле-
нии) .
При выборе режимов развертывания отверстий на сверлиль-
ных станках следует учитывать, что диаметры отверстий уве-
° ис. 41. Качаю-
щаяся двухлезвий>
пая развертка
личиваются с ростом скорости ре-
зания и подачи. С повышением ско-
рости резания на станке 2135 в пре-
делах 4,4—81 м/мин диаметры от-
верстий непрерывно увеличиваются
от 0 до 32 мкм при шарнирном за-
креплении разверток и от 6 до
40 мкм при жестком закреплении
разверток. Диаметры отверстий рез-
ко увеличиваются с уменьшением
подачи от 0,2 до 0,1 мм/об при ско-
рости резания 44 м/мин и от 0,4 до
0,1 мм/об при скорости резания
81 м/мин.
КАЧАЮЩИЕСЯ РАЗВЕРТКИ
ДЛЯ МНОГОШПИНДЕЛЬНЫХ
ТОКАРНЫХ АВТОМАТОВ
На 20 ГПЗ разработана серия
двухлезвийных (рис. 42) и трех-
лезвийных качающихся разверток.
В качестве режущих элементов
этих разверток применяют легко из-
влекаемые из корпуса резцы, кото-
54
рые можно настраивать на размер вне станка. Для компенса-
ции несовпадения оси инструмента и заготовки в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях и ликвидации перекрещивания
осей заготовки и инструмента осуществлено качание (самоуста-
новка) корпуса развертки относительно оси заготовки под дей-
ствием сил резания.
Развертка имеет втулку 1, в которой помещается корпус
развертки 2 на трех шарнирах 5, расположенных под углом
120°. Корпус развертки 2 соединяется со втулкой / гайкой 3, ко-
торой можно регулировать жесткость пружины 6. В пазы корпу-
са 2 вставлены два взаимозаменяемых и бесподналадочных
резца 9 с механическим креплением твердосплавных пластин,
которые фиксируются в пазах корпуса 2 двумя прихватами 10.
Прихваты перемещаются с помощью винтов 8. Регулировка
развертки осуществляется с помощью конического клина 4, ко-
торый фиксируется контргайкой 7. Для этого необходимо осла-
бить прихваты 10 и повернуть в нужную сторону конический
клин 4 за шестигранный хвостовик. После настройки резцы 9
необходимо затянуть прихватами 10, отвернуть контргайку 7 и
отвести конический клин 4 от упоров резцов 9. При неотведен-
ном коническом клине и до конца развернутой гайке 3 дан-
ная развертка качаться не может. При входе резцов 9 в обра-
батываемое отверстие развертка центрируется относительно оси
заготовки силами резания, что достигается при наличии зазоров
между втулкой 1 и корпусом 2 и между гайкой 3 и корпусом 2
развертки, а также зазоров в местах расположения шариков 5.
Регулировка пружины 6 осуществляется гайкой 3, что позво-
ляет уменьшить вибрацию корпуса 2 с получением шероховато-
сти необходимого класса чистоты и наибольшей стойкости твер-
досплавных пластин.
55
В корпусе расточного резца (рис. 43) 1 запрессован штифт 2,
на который свободно надета твердосплавная пластина 3. Фикса-
ция и закрепление твердосплавной пластины осуществляются
клином 4 при затяжке винта 5. Винт 6 служит для регулировки
резца на требуемый размер вне станка. Применение и качество
режущих элементов таких резцов позволяет осуществлять регу-
лирование размера развертки в широких пределах (на 10 мм).
Рассмотрим механизм самоустанавливания качающейся раз-
вертки в момент первоначального контактирования режущих
кромок о кромки обрабатываемого отверстия. Схема действия
сил в качающейся двухлезвийной развертке дана на рис. 44.
Точка О отсчета координат совпадает с центром качания раз-
вертки. На развертку в плоскости хоу действует осевая сила
Рх0- Сила пружины Fnp направлена в противоположную сторо-
ну действия силы Рхо; силы Niy и приведены к оси разверт-
ки; давление сферического бурта корпуса 2 развертки на внут-
ренний конусный буртик гайки 3 равно Fnp—Рхо. В вертикаль-
ной плоскости xoz действует сила реакции R кромки обрабаты-
ваемой поверхности на режущие кромки развертки, сила тяже-
сти Q, силы Рх0 и соответственно Fnp—РХо-
Силу пружины выбирают такой, чтобы свести к минимуму
вибрации корпуса развертки. Необходимым условием для этого
должен быть гарантированный, устойчивый контакт сфериче-
ского буртика корпуса и внутреннего конусного буртика гайки,
Рис. 44. Схема действия сил в качающейся двухлезвпйной развертке
56
что возможно при Fnp>Z3x0. Запишем условия равновесия раз-
вертки в горизонтальной и вертикальной плоскостях:
N1(/ = Lp- N2yLp = Dp, (61)
sin tl
<62>
Здесь Lv и Dp соответственно длина и диаметр развертки,
причем в расчетах (и конструктивно) можно принять, что сред-
ний диаметр конической поверхности, по которому происходит
контактирование конического и сферического буртиков разверт-
ки, равен диаметру развертки.
Правая часть уравнений (61) и (62) представляет собой
опорный момент. Уравнение (61) можно переписать в виде
Уравнения (62) и (63) характеризуют момент, когда режу-
щие кромки развертки должны начать процесс резания.
Процесс самоустанавливания развертки в плоскости распо-
ложения режущих кромок в момент контактирования их о кром-
ку обрабатываемого отверстия возможен при следующих усло-
виях:
Проведем силовой анализ самоустановившегося процесса
резания качающейся развертки при условии, что сила пружины
Fnp превосходит осевые составляющие сил резания Рх. В плос-
кости хоу действует сила Рх, равная алгебраической сумме осе-
вых составляющих сил резания РХ1 и Рх2 на каждой режущей
кромке, нескомпенсированная часть радиальных составляющих
сил резания кРу = Ру\—Ру2, сила пружины Fnp и регулирующая
сила Fnp—Рх (на конический буртик корпуса) вдоль оси X.
В плоскости xoz кроме сил РХо, Рпр и Fпр Рхо действует сила
тяжести Q и нескомпенсированная часть тангенциальной состав-
ляющей силы резания, равная &Pz = Pzi—PZ2- Процесс будет
установившемся, если будут соблюдаться следующие равен-
ства:
МоХО1/ = ДРу£р- = о; (65)
2 sin 0
Moxoz = ДРг£Р ± QI - -Dp (Гпр - Л”), = о. (66)
2 sin 6
Последний член равенств (65) и (66) представляет собой
опорный момент развертки, препятствующий повороту ее отно-
сительно центра качания развертки.
Поворот оси развертки в вертикальной плоскости до совме-
57
щения с осью заготовки произойдет при условии, что последний
член уравнения (66) меньше остальных членов этого уравнения:
АРг • Lp ± QI > £Р, (67)
2 sm О
или после преобразования:
др > —£р- ± о —.
2 sin 0 LP Lp
(68)
Для упрощения наладки станка целесообразно развертку
устанавливать так, чтобы ее ось была выше крайнего верхнего
положения оси заготовки. В этом случае в уравнениях (66) и
(68) значение Q надо брать с отрицательным знаком и для са-
моустанавливания развертки в вертикальной плоскости в мо-
мент врезания потребуется меньшая величина APZ.
Для поддержания установившегося процесса резания необ-
ходимо создать такую силу пружины Fnp, при которой случай-
ные изменения APZ не приводили бы к нарушению установивше-
гося резания.
Самоустановившийся процесс может нарушаться и в случае,
если в горизонтальной плоскости появится нескомпенсирован-
ная сила
ДР
Lp
(7пр -- Рхо)
2 sin 0
(69)
Таким образом, общим условием обеспечения установивше-
гося процесса резания качающейся разверткой является необхо-
димость обеспечения такой силы Fnp, при которой опорный мо-
мент на трущихся поверхностях конического и сферического
буртиков качающейся развертки может противодействовать
повороту развертки от случайного увеличения сил АР2 и АРУ.
Конструкция качающейся развертки реагирует на изменение
силы Fnp. Описанная выше конструкция прошла длительные
производственные испытания в условиях производства 20-го
Государственного подшипникового завода при обработке отвер-
стия 0 60 мм колец 212/02 на токарном автомате 1А290-6. На
скорости 0=42 м/мин и глубине резания £=0,2 мм было иссле-
довано влияние подачи на точность обработки при допуске на
размер 0,1 мм. Обобщенные данные испытания точности обра-
ботки отверстий 0 60 мм колец 212/02 и размерной стойкости
развертки в зависимости от подачи при t> = 42 м/мин и £ = 0,2 мм
приведены в табл. 14.
В качестве оптимальной подачи с учетом стабильности тех-
нологического процесса и стойкости инструмента следует счи-
тать подачу в пределах 0,244—0,341 мм/об; дальнейшие испы-
тания проводились при подаче 0,244 мм/об.
По данным 758 измерений при подаче 0,244 мм/об и скорости
резания 42 м/мин были определены максимальные, минималь-
58
Таблица 14
Подача в мм/об Число измерений Стойкость развертки Среднеарифмети - ческая величина допуска в мм
Число колец Время в мин
0,222 1504 301 197 0,049
0,244 1490 372 244 0,044
0,341 789 263 172 0,048
0,443 432 144 94 0,047
ные и средние значения отклонений отверстия, овальность и
разностенность колец 212/02 со стороны базового торца и со
стороны отрезки по каждому шпинделю в отдельности и сред-
ние значения по всем шпинделям. Точность обработки соответ-
ствует 2-а классу (табл. 15). Было определено также влияние
Таблица 15
№ шпинделя Отклонение размеров отверстия со стороны базового торца в мм
Adniax ^miti Adcp Ц Овальность Ра зностенно сть
I 1 0,059 0,043 0,051 0,015 0,011
3 0,059 0,046 0,052 0,014 0,010
4 0,055 0,042 0,049 0,015 0,010
5 0,056 0,040 0,048 0,015 0,011
6 0,054 0,044 0,049 0,014 0,010
Среднее 0,056 0,043 0,050 0,0146 0,0105
значение
№ шпинделя Отклонение размеров отверстия со стороны отрезка в мм Поле рассеяния в мм Рассеяние размеров отверстий колец в мм
^min Adcp Оваль- ность Разно- стенность
1 0,058 0,046 0,052 0,014 0,011 0,10 0
3 0,058 0,048 0,053 0,011 0,010 0,11 —0,01
4 0,056 0,044 0,050 0,013 0,010 0,11 —0,01
5 0,051 0,040 0,045 0,013 0,011 0,11 —0,01
6 0,054 0,043 0,048 0,013 0,011 0,10 0
Среднее значение 0,055 0,044 0,0495 0,013 0,0106 0,106
Примечание. В таблице приведены данные по пяти шпинделям, так как при испы-
тании качающейся оправки шпиндель № 2 в связи с поломкой цанги в работе не участвовал.
глубины резания на точность обработки отверстия и размерную
стойкость инструмента при постоянной подаче 0,244 об/мин и
скорости резания 42 м/мин (табл. 16).
59
Таблица 16
Глубина резания в мм Число измерений Стойкость развертки Поле рассеяния в мм Среднеариф- метическая величина допуска в мм
Число колец Время в мин
0,12 1066 355 222 0,12 0,038
0,2 1490 372 244 0,11 0,044
0,35 1148 364 236 0,12 0.042
0,6 952 190 124 0,15 0,044
В качестве оптимальной глубины резания можно рекомен-
довать величину 0,2—0,35 мм. Дальнейшее увеличение глубины
резания выше 0,35 мм приводит к резкому снижению стойкости
развертки. Так при глубине резания 0,5—0,6 мм размерная
стойкость развертки уменьшилась до 190 колец. При изменении
глубины резания было замечено, что с увеличением t возрас-
тает диаметр отверстия. При испытаниях развертки на скорости
v=42 м/мин, подаче s=0,41 мм/об и / = 0,24-0,3 мм, диаметр
кольца увеличился на 0,04 мм. Развертка данной конструкции
хорошо работает при припусках в пределах 0,4—0,7 мм на диа-
метр, обеспечивая точность обработки отверстия 0 60 мм в
пределах 0,1—0,12 мм при нормативной величине допуска
0.2 мм.
При глубине резания / = 0,25 мм и подаче s=0,244 мм/об
была проведена серия опытов для определения влияния скоро-
сти резания на точность обработки отверстия и размерную
стойкость развертки; результаты этих испытании приведены в
табл. 17. При скорости резания 74 м/мин стойкость развертки,
Т а б л и ц а 17
Скорость резания в м/мин Число измерений Стойкость развертки Поле рассеяния в мм Среднеариф- метическая величина допуска б ср в мм
Число колец Время в мин
42 1490 372 244 0,11 0,044
53-7 928 232 152 0,13 0,050
60,3 799 200 132 0,15 0,055
67,5 576 144 94 0,14 0.070
как и всех остальных режущих инструментов наладки, резко
падает.
Эмпирические зависимости точности обработки отверстий
качающейся двухлезвийной разверткой от режимов резания бы-
60
Рис. 45. Двухлезвийная качающаяся развертка с твердо-
сплавными круглыми пластинками
(70)
ли получены на основании приведенных выше данных с исполь-
зованием метода наименьших квадратов:
6 _ 45,3
СР s0,037
6ср = 45,%° • °7; (7 1)
6ср = 5,96о0’56. (72)
В результате производственных испытаний установлено, что
развертка данной конструкции хорошо работает при припусках
в пределах 0,4—0,7 мм на диаметр при s=0,2444-0,3 мм/об и
0 = 42-4-55 м/мин, обеспечивая точность обработки отверстия
0 60 мм в пределах 0,1—0,12 мм. Средняя размерная стойкость
развертки составила 360—370 колец 212/02 (отверстие 0 60 мм
длиной 23 мм), достигая в отдельных случаях 500 колец. При-
менение такой качающейся развертки при обработке отверстий
колец на многошпиндельных токарных автоматах приводит к
существенному сокращению разницы средней величины допуска
на отверстие разных партий колец, обработанных на различных
шпинделях многошпиндельного автомата. Эта величина для
обработки отверстий 0 60 мм колец 212/02 на автомате 1А290-6
не превышала 0,007—0,01 мм, в то время как при обработке
того же отверстия обычным расточным резцом она находилась
в пределах 0,05—0,07 мм. Несмотря на то, что развертка данной
конструкции показала высокие возможности повышения точно-
сти обработки отверстий при наличии несовпадения осей заго-
товки и инструмента, размерная стойкость ее оказалась невы-
сокой.
Для повышения стойкости этой развертки в качестве режу-
щих кромок были применены два резца с круглыми твердо-
сплавными пластинками Т14К8. Новая конструкция (рис. 45)
была усовершенствованием ранее исследованной. Во втулке 1
развертки на трех шариках 7, расположенных под углом 120°,
размещен корпус 8, соединяющийся со втулкой гайкой 2, регу-
лирующей жесткость пружины 10. Два взаимозаменяемых ци-
61
линдрических резца 5 с круглыми твердосплавными пластин-
ками Т15К6 закреплены в корпусе клиньями 4 при помощи вин-
тов 3.
Регулировка развертки на размер осуществляется с помо-
щью конического клина 6, который перемещается винтом 11.
Для облегчения настройки резцов на требуемый размер имеется
лимб 12. Винт 9 предотвращает поворот клина 6 в процессе ре-
зания. Последний имеет узкий сферический поясок, который
контактирует с внутренней поверхностью корпуса 8. На осталь-
ной части между наружной поверхностью клина и внутренней
поверхностью корпуса имеется гарантированный зазор. Наличие
его, а также зазора между наружной поверхностью корпуса и
внутренней поверхностью втулки, обеспечивает возможность
поворота корпуса развертки в двух взаимно перпендикулярных
плоскостях.
Для безвибрационного резания необходимо обеспечить опре-
деленный гарантированный опорный момент корпуса 8, что до-
стигается регулированием силы пружины 10 с помощью гайки 2.
При входе резцов 5 в обрабатываемое отверстие развертка цен-
трируется относительно оси заготовки силами резания.
Испытания данной развертки на токарном автомате 1А290-6
показали, что точность обработки отверстия 060 мм равна
0,1 мм, т. е. в 3 раза выше, чем при растачивании резцом. При-
менение в качестве режущего элемента развертки двух чашеч-
ных твердосплавных пластинок позволило повысить размерную
стойкость этой развертки до 1200 деталей, что позволяет регу-
лировать развертки на размер 1 раз в две-три смены.
На рис. 46 представлена конструкция регулируемой трех-
лезвийной развертки, исключающая вибрацию в процессе ра-
62
боты. Во втулке 9 развертки (рис. 46) размещен корпус 5 на
трех шариках 7, расположенных под углом 120°. Корпус соеди-
няется со втулкой гайкой 6, которой можно регулировать
жесткость пружины 8. Во выфрезерованных пазах корпуса с по-
мощью штифтов 2 и винта 4 закреплены три круглые пластин-
ки 3 из твердого сплава Т15К6.
Точная настройка развертки на размер осуществляется с
помощью штифта 2 и винтов 4 и 1. Наличие зазора между на-
ружной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью втул-
ки обеспечивает возможность поворота корпуса в двух взаим-
но перпендикулярных плоскостях. Анализ работы этой разверт-
ки показал, что для обеспечения безвибрационного резания
необходимо создать определенный гарантированный опорный
момент корпуса 5 относительно гайки 6. Практически это дости-
гается регулировкой силы пружины 8 с помощью гайки 6. При-
менение такой развертки позволяет обеспечить точность обра-
ботки по 3—За классу. При обработке глубоких отверстий
необходимо учитывать, что может произойти увод оси отверстий
после развертывания.
ПЛАВАЮЩИЕ РАЗВЕРТКИ
И ОПРАВКИ
ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ПЛАВАЮЩИХ ПАТРОНОВ
Погрешность обработки отверстии на станках токарной и свер-
лильной групп определяется точностью расположения геометри-
ческих осей рабочего шпинделя (заготовки) и инструмента.
В процессе обработки возникают следующие погрешности
настройки станка: смещение осей инструмента и заготовки в
горизонтальной и вертикальной плоскостях и непараллелыюсть
этих осей в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Чтобы
получить точное отверстие, нужно скомпенсировать смещение
осей заготовки и инструмента в горизонтальной и вертикальной
плоскостях, для чего необходимо: а) переместить ось инстру-
мента на величину смещения в каждой из координатных плос-
костей; б) повернуть ось развертки на соответствующие углы в
каждой из координатных плоскостей до совпадения с осью заго-
товки.
Последовательность указанных выше переходов может про-
изводиться в обратном порядке или одновременно, но инстру-
мент должен всегда иметь возможность поворачиваться и пере-
мещаться в двух координатных плоскостях. Таким требованиям
удовлетворяют различные конструкции плавающих патронов и
самоустанавливающихся разверток.
Плавающие патроны применяют для крепления многолез-
вийных разверток при окончательной обработке отверстий в
пределах допусков 3—2-го классов точности на револьверных,
сверлильных и других станках. Одна из конструкций плаваю-
щего патрона представлена на рис. 47. Патрон имеет поводок 5
со сферическими шестигранниками, которые входят в шести-
гранные отверстия сопряженных деталей. Расположенная вну-
три стакана 3 поводковой части пружина 2 прижимает конус-
ный хвостовик 1 торцом к сепаратору 4. Втулка патрона с за-
крепленным в ней инструментом может перемещаться парал-
лельно оси в любом направлении за счет углового смещения
поводка. Плавность и легкость перемещения обеспечивается ша-
риковым подпятником. Хвостовик 1 выполняют с конусом Мор-
зе или по форме и размерам, соответствующим посадочному
отверстию шпинделя станка. Втулку 6 для крепления инстру-
мента в большинстве случаев изготовляют с внутренним кону-
64
Рис. 47. Плавающий патрон для крепления
многолезвийного инструмента
сом Морзе или согласно конструк-
ции закрепляемого инструмента.
Плавающие патроны выпускают че-
тырех типов (табл. 18, размеры
в мм) для диаметров разверток от
10 до 48 мм.
Револьверные станки с горизон-
тальной осью вращения головки
имеют ограниченное по длине место
для размещения инструмента. Это
вызывает необходимость снимать
развертки при повороте револьвер-
ной головки, что затрудняет ис-
пользование плавающих патронов
обычного типа.
Приведенные на рис. 48 патро-
ны двух типов рассчитаны на при-
менение инструмента с коническим
хвостовиком в револьверных станках и имеют небольшие габа-
ритные размеры. По конструкции они одинаковы и позволяют
развертке свободно перемещаться во всех направлениях парал-
лельно своей оси. Поводковой частью патронов служат шайбы
3 и 4 с крестообразно расположенными канавками на торцах,
Таблица 18
Диаметр развертки Конус Морзе D d Н Резьба М L Диаметр проволоки ДЛЯ пружины Диаметр шарика
В мм
10—14 1 32 20 33 27X1 15 1,75 3
15—23 2 38 24 40 33X1 18 2 3
24—32 3 48 32 48 42X1 22 3 4
35—48 4 60 40 62 52х 1,5 30 3,5 5
в которые помещены шарики 5. Наличие опорного шарикового
подпятника 6 и шариков, выполняющих функции свободно пе-
ремещающихся шпонок, позволяет легко изменить положение
оси инструмента относительно оси отверстия револьверной го-
ловки. Плавающая втулка 7, предназначенная для крепления
разверток, соединяется с хвостовиком 1 с помощью гайки 2.
65
Таблица 19
Патрон Конус Морзе D О, d Н
№ Тип В мм
1 1 II 1 30 18 50 24 36 67
2 1 11 2 38 25 60 30 44,5 79
3 I II 3 45 38 72 40 52,5 95
4 I II 4 54 45 90 52 64,5 72,2
Основные размеры плавающих патронов приведены в
табл. 19. Патроны типа I предназначены для станков, имеющих
револьверные головки с посадочным диаметром свыше 30 мм,
типа П — с посадочным диаметром до 30 мм.
При нарезании резьб в деталях, обрабатываемых на револь-
верных станках, рекомендуется применять
Рис. 48. Плавающие патроны с малым вылетом
плавающие патроны
конструкции, пока-
занной на рис. 49
(табл. 20, размеры
в мм), где наряду с
возможностями сво-
бодного смещения
оси инструмента
предусматривает с я
его автоматическое
выключение. Мет-
чик укрепляют в
плавающей держав-
ке 2, причем для за-
крепления метчика
предусмотрена бы-
стросменная втулка
1, в которой зажат
хвостовик метчика.
Быстросменно с т ь
метчика необходима
в случае нарезания
резьбы за два и бо-
лее проходов. Для
66
Рис 49. Плавающий патрон для метчиков
компенсации разницы шага нарезаемой резьбы и подачи ре-
вольверной головки в патроне предусмотрена амортизационная
пружина 5, заключенная в коробку 6, соединенную с плаваю-
щей частью двумя винтами 8. В процессе нарезания резьбы пат-
рон, закрепленный в револьверной головке, доходит до упора,
Таблица 20
№ патрона Конус Морзе Резьба D L d 1 в, d.
В мм
1 2 3—8 48 44 12 28 28 8,5
2 3 9—12 70 60 20 40 40 14
3 4 14—18 85 76 28 48 50 16
4 5 20—24 105 84 35 52 62 22
5 2 2—9 48 44 30 35 42 8,5
6 3 3—20 70 60 45 48 65 14
7 4 10—42 85 76 65 57 82 16
8 5 16—52 105 84 90 56 105 22
после чего плавающая часть державки 2 вместе с метчиком
продолжает ввертываться, увлекая внутреннюю часть патрона
до момента, когда торцовые выступы муфты 7 расцепятся
с зубцами впрессованного хвостовика. После этого метчик вме-
сте с муфтой начнет вращаться, заставляя торцовый храпо-
вик 3 прощелкивать. После переключения зажимного патрона
станка на обратное вращение храповик затормозит муфту и
метчик начнет вывертываться.
При нарезании левых резьб храповик должен быть перевер-
нут обратной стороной, для чего следует боковой стопорный
67
Рис. 50. Плавающая оправка
для крепления многолезвийной
нерегулируемой развертки
винт 4 вывернуть и вы-
нуть плавающую часть
вместе с муфтой из ста-
кана. Для свободного
вращения муфты про-
точена кольцевая ка-
навка.
Конструкция плавающей оправки для закрепления много-
лезвийной нерегулируемой развертки приведена на рис. 50.
Оправка состоит из корпуса 1, кожуха 5, предохранительной
шайбы 8 и державки 9, которая в задней части имеет сфери-
ческую поверхность для центрирующего штыря 4, выполненного
со сферической поверхностью; последний поджат пружиной 3
посредством винта 2. Для восприятия крутящих моментов от
сил резания предусмотрены цилиндрические штифты 7, соединя-
ющие через сепаратор 11 и ролики 12 державку 9 с корпусом 1.
В сепараторе И расположены шарики 6, служащие для облег-
чения перемещения державки 9 в радиальном направлении.
В передней части державки устанавливается развертка, закреп-
ляемая винтом 10.
При воздействии сил резания державка перемещается в ра-
диальном направлении поступательно до тех пор, пока эти силы
не уравновесятся и развертка не примет положения, при кото-
ром ее ось совпадает с осью обрабатываемого отверстия. При
прекращении резания оправка возвращается в первоначальное
положение под действием штыря 4 и пружины 3.
Преимуществом этой конструкции является ее герметич-
ность, незначительное сопротивление сил трения перемещаемого
инструмента в рабочее положение и отсутствие перекоса оси
инструмента относительно оси обрабатываемого отверстия.
ДВУХЛЕЗВИЙНЫЕ САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ
РАЗВЕРТКИ
Одна из конструкций двухлезвийных разверток представлена на
рис. 51. Во втулке 2 развертки размещен корпус 3, который
своим буртиком поджимается к торцу втулки 2 пружиной 11\
последняя в свою очередь опирается на торец гайки 12. В вы-
точки гайки 12 вставлены три шарика 13, которые фиксируются
в определенном положении внутренней поверхностью гайки и
буртиком корпусов. В шлифованные пазы корпуса развертки
вставлены два ножа 4 и 9 с механическим креплением твердо-
сплавных пластин, стянутых двумя винтами 10. В паз корпуса
развертки и между ножами 4 и 9 вставлен клин 7, который за-
68
Рис. 61. Двухлезвий-
ная регулируемая са-
моустанавливающаяся
развертка
креплен винтом 6 и стопорится упорным кольцом 5. Для налад-
ки развертки на размер необходимо отвернуть два винта 8.
Наладка ножей осуществляется путем перемещения клина 7,
разжимающего их до требуемого размера. Перемещение клина
осуществляется при вращении винта 6. После регулировки раз-
вертки на размер необходимо завернуть винты 8, которые пре-
дохраняют ножи от вибрации.
От поворота вокруг оси корпус развертки удерживается вин-
том. /. Втулка 2 зажимается в кронштейне станка. При вреза-
нии ножей в заготовку развертка центрируется относительно
оси обрабатываемой поверхности силами резания.
Легкое перемещение в двух взаимноперпендикулярных плос-
костях и покачивание корпуса развертки относительно своей
оси осуществляется правильной регулировкой зазора между
шарами и опорными плоскостями корпуса и гайки. Это дости-
гается с помощью пружины, сила которой регулируется пово-
ротом гайки. Пружина, кроме того, предназначена для гашения
вибрации корпуса развертки в процессе установившегося реза-
ния и смягчения удара ножей развертки в момент их соприкос-
новения с торцом заготовки.
Схема действия сил в двухлезвийной самоустанавливающей-
ся развертке дана на рис. 52. На развертку в горизонтальной
плоскости XOY действует горизонтальная составляющая сила
резания Рх, равная сумме сил РХ1 и Рл-2 на каждом ноже в от-
дельности, сила пружины Рпр, направленная в противополож-
ную сторону от силы Рх, ради-
альные составляющие силы реза-
ния PV1 и Ру2 и сила трения Т
буртика развертки по шарам. В
вертикальной плоскости XOZ
действуют вертикальные состав-
ляющие силы резания Р г, и Ргг,
масса корпуса Q и сила тре-
ния Т.
Рис. 52. Схема действия сил в двухлез-
вийной самоустанавливающейся раз-
вертке
69
Все действующие на развертку силы приведены к ее оси.
В соответствии с конструкцией развертки сила пружины Кпр на-
правлена навстречу горизонтальной составляющей силы реза-
ния Рх. Для уменьшения силы трения Т шариков по торцам
гайки и корпуса развертки необходимо добиться, чтобы сила
пружины была равна или несколько меньше минимального зна-
чения величины горизонтальной составляющей силы резания
Р rsmln:
ДхпНп- (73)
Конструкция развертки позволяет обеспечить необходимую
силу Pxmin путем регулирования силы пружины поворотом гай-
ки 12. Величина силы трения Т является функцией коэффициен-
та трения качения k и силы прижима шаров к торцу гайки,
равной разности горизонтальной составляющей силы резания
Рх и силы пружины Кпр:
T=k(Px-Fnp). (74)
Правильной регулировкой величины силы пружины Кпр
можно добиться, чтобы (Рх—Fnp)-»-0. В этом случае сила тре-
ния Т будет минимальной.
Рассмотрим процесс установившегося резания данной раз-
верткой. При совпадении условий резания на обоих ножах раз-
вертки должна происходить полная компенсация радиальных
составляющих сил резания РУ1 и РУ2 и соответственно верти-
кальных составляющих Pz ] и Pz 2 • В связи с некоторым разли-
чием условий резания на каждом ноже полной компенсации со-
ставляющих силы резания в действительности не происходит и
на развертку кроме сил трения и собственного веса будут дей-
ствовать нескомпенсированные силы 7\РУ = РУ{ —Ру 2 или кРу=
— Ру2—Pvi И APz^Pzj —Л2 или APz = P22'—
В соответствии с этим условие равновесия системы сил и мо-
ментов, действующих на развертку в горизонтальной и верти-
кальной плоскостях, согласно рис. 52, будет иметь вид:
2//=-- ЬРу — Т = 0; (75)
2z = ДРг —Т ± Q = 0; (76)
= ^PtJl _ ZazzZep. d-, (77)
Mo хвг = ДР2/ ± Qa - d. (78)
Здесь величины I, and — размеры корпуса развертки. По-
следний член равенств (77) и (78) представляет собой опорный
момент развертки, препятствующий повороту ее относительно
опорных шаров. Перемещение и поворот корпуса развертки бу-
70
дет происходить, если условия равенств (75) — (78) не выпол-
няются.
Корпус развертки будет перемещаться в горизонтальной
плоскости XOY до тех пор, пока нескомпенсированная часть
радиальной составляющей силы резания ХРУ не станет равной
или меньше силы трения Т. На основании выражения (77) мож-
но показать, что на поворот развертки в горизонтальной плос-
кости влияют длина и диаметр корпуса развертки.
Корпус развертки будет поворачиваться в горизонтальной
плоскости до тех пор, пока будет соблюдаться неравенство
bPy>-P-x^Fnpd. (79)
Из анализа условия равновесия системы сил, действующих
на развертку, видно, что для обеспечения стабильности положе-
ния ее оси в процессе установившегося резания необходимо
уменьшить длину I корпуса развертки и увеличить диаметр d
опорного бурта корпуса.
На процессы перемещения и поворота развертки в верти-
кальной плоскости кроме тех сил, которые были рассмотрены
при анализе стабильности положения оси развертки в горизон-
тальной плоскости, влияет собственный вес корпуса развертки.
Для упрощения решения задачи перемещения и поворота
оси развертки в вертикальной плоскости в период самоустанав-
ливания и в процессе резания целесообразно развертку уста-
навливать так, чтобы ее ось была выше крайнего верхнего
положения оси заготовки. Описанная выше конструкция раз-
вертки была испытана на 20 ГПЗ при обработке отверстия
0 60 мм из стали ШХ15 на токарном автомате 1А290-6. Приме-
нение развертки этой конструкции позволило снизить допуск
более чем в 2,5 раза по сравнению с обработкой этих колец
расточным резцом, что обеспечило снижение припусков на шли-
фование на 25—30% (рис. 53).
Мгновенное рассеяние размеров развернутых отверстий
равно 0,02 мм, а при растачивании резцом 0,06—0,07 мм. Сред-
нее отклонение диаметра отверстия колец, обработанных на
разных шпинделях станка, отличаются максимально на 0,02 мм
по сравнению с 0,05—0,07 мм при обработке расточным рез-
цом. В качестве оптимальных режимов обработки отверстий
колец из сталей 45 и ШХ15 качающейся разверткой можно
рекомендовать скорость v = 55-4-65 м/мин, подачу s = 0,25-4-
-4-0,30 мм/об и глубину резания 0,15—0,2 мм.
Самоустанавливающаяся оправка с плавающим двухлезвий-
ным блоком (рис. 54) позволила до минимума свести погрешно-
сти обработки, вызываемые неточностью совпадения осей за-
готовки и инструмента.
Оправка имеет корпус 5 и державку 2, в пазу которой уста-
новлен плавающий двухлезвийный регулируемый блок 1; пере-
71
Отклонения от номинала. ф 60 мм в 0,0'1мм
Рис. 53. Распределение погрешности обработки отвер-
стий:
1 — расточным резцом; 2 — самоустанавливающейся двухлез-
внйной разверткой
мещение блока ограничивается винтом 10. Державка 2 соеди-
няется с хвостовиком 7 карданным механизмом. От проворота
хвостовик 7 удерживается двумя винтами 6, упирающимися в
лыску. Карданный механизм состоит из двух кулаков 8, выпол-
ненных по одному в державке 2 и корпусе 5 по скользящей по-
садке. Последние стопорятся двумя кольцами 11. Кулачки 8
соединяются с планкой 12 осями 9 по скользящей посадке. Про-
странство между кардан-
ным механизмом и втул-
кой заполняется гидро-
пластом 4, предохраняю-
щим державку от вибра-
ции. Гайка 3 позволяет
регулировать упругость
гпдропласта.
Регулировка величины
перемещения державки 2
осуществляется измене-
Рис. 54. Самоустанавливающая-
ся оправка для плавающих
двухлезвийных блоков
72
Рис. 55. Точностная ха-
р актер и стик а р аз личных
инструментов, применяе-
мых при обработке от-
верстий:
1 — расточной резец; 2 — ра-
сточной блок с оправкой, ось
которой неподвижна; 3 —
плавающий блок, размещен-
ный в пазу с амоустана вли-
вающейся оправки
нием зазора между
державкой 2 и гай-
кой 3. При входе
расточного блока 1
в обрабатываемое
отверстие ось дер-
жавки центрируется
относительно оси
детали, что достига-
ется с помощью кар-
данного механизма.
В горизонтальной
плоскости это осу-
ществляется поворо- отклонения от номинала 0 59.65мм в 0,01мм
том планки 12 отно- ’
сительно оси 9, а в вертикальной плоскости — смещением
кулачков 8 относительно державки 2 и хвостовика 7.
Производственные испытания этой оправки с двухлезвийпым
плавающим расточным блоком, проведенные на 20 ГПЗ при
обработке отверстия 0 60 мм кольца 212/02 из стали ШХ15 на
токарном автомате 1А290-6 показали, что точность обработки
составляет 0,10 мм при нормативной величине допуска 0,2 мм
(режимы резания: о = 58 м/мин, s = 0,34 мм/об, /=0,35 мм).
При испытаниях этой оправки плавающим двухлезвийным
расточным блоком было определено, что точность размеров и
погрешность формы отверстий мало зависят от припуска и глу-
бины резания в диапазоне 0,15—0,4 мм. Оправка с карданным
механизмом и плавающим расточным блоком может работать
при сравнительно больших припусках, обеспечивая достаточно
высокую точность обработки.
Использование описанной конструкции с плавающим двух-
лезвийным расточным блоком не только позволило уменьшить
допуск на обработку отверстия по сравнению с обработкой от-
верстий расточным резцом, но и снижает влияние неточности
фиксации шпиндельного блока на точность обработки партии
колец, обработанных различными шпинделями (табл. 21).
Применение оправки с карданным механизмом (рис. 55)
73
Таблица 21
№ шпинделя Обработка отверстия расточным резцом Обработка отверстия плавающим блоком (оправка с неподвижной осью) Обработка отверстий плавающим блоком (оправка с карданным механизмом)
Поле рассея- ния в мм Рассеяние размеров отверстий колец относительно шпиццеля 1 в мм Поле рассея- ния Рассеяние размеров отверстий колец относительно шпинделя 1 в мм Поле рассеяния в мм Рассеяние размеров отверстий колец относительно шпинделя 1 в мм
1 0,30 0 0,12 0 0,09 0
2 0,27 —0,03 0,12 0 0,09 0
3 0,33 +0,03 0,14 +0,02 0,09 0
4 0,32 +0,02 0,13 +0,01 0,10 +0,01
5 0,32 +0,02 0,12 0 0,09 0
6 0,25 —0,05 0,11 —0,01 0,08 —0,01
позволяет уменьшить допуск обработки отверстий более чем в
3 раза по сравнению с растачиванием этого отверстия расточ-
ным резцом и почти в 1,4 раза при обработке отверстий расточ-
ным блоком с оправкой, ось которой неподвижна.
Применение описанных выше конструкций самоустанавлива-
ющихся инструментов обеспечивает точность обработанных от-
верстий 2—3-го класса и шероховатость обработанной поверх-
ности 6—7-го класса чистоты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения. М., «Машинострое-
ние», 1969, 560 с.
2. Варфаломеев Д. И. Влияние погрешности установки на точность развер-
тывания отверстий при качающемся закреплении разверток. — «Вестник
машиностроения», 1968, № 5, с. 52—54.
3. Витушкин В. И. Исследование процесса чистовой обработки крупных
отверстий двухлезвийными развертками на карусельных станках. Авто-
реферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.,
1971, 28 с.
4. Гильдиисон Е. М. Новые приспособления. — «Машиностроитель», 1969,
№ 4, с. 38.
5. Даничев М. X. и Шуброва 3. В. Повышение производительности и каче-
ства обработки отверстий. — «Машиностроитель», 1970, № 4, с. 35.
6. Дзюба В. Ф. и Молчанов А. И. Расточный блок. Авторское свидетель-
ство № 218615. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. То-
варные знаки», 1968, № 17. с. 129.
7. Еремеева Н. М. Обработка отверстий в деталях из серого чугуна. М.,
Машгиз, 1961, 178 с.
8. Инструмент с многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пла-
стинками. Под ред. И. Г. Баранова. ВНИИ, М., 1968, 153 с.
9. Каневцов В. М., Лепихов В. Г и Дегтерева Н. А. Токарная обработка
отверстий мерными плавающими инструментами. — «Труды института»
ВНИПП, 1971, № 1 (65), с. 35—49.
10. Кацев П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента.
М., «Машиностроение», 1974, 237 с.
11. Койре В. Е., Витушкин В. И. Двухлезвийные регулируемые развертки.—
«Машиностроитель», 1969, № 12, с. 21—82.
12. Койре В. Е., Витушкин В. И. К вопросу исследования механизма раз-
бивки отверстий при обработке плавающими развертками. «Материалы
I научно-технической конференции НИИПТМАШа», г. Краматорск, 1968,
с. 76—77.
13. Лепихов В. Г. и Коростелев Н. Е. Самоустанавливающаяся расточная
оправка. Авторское свидетельство № 304074 «Открытия. Изобретения.
Промышленные Образцы. Товарные знаки». 1971, № 17, с. 38.
1, 4. Лепихов В. Г. Двухлезвийная самоустанавливающаяся развертка. —
«Машиностроитель», 1970, № 9, с. 5.
15. Лепихов В. Г. Обработка отверстий плавающими расточными блоками.
«Обмен производственно-техническим опытом», вып. 4, М., НИИТАвто-
пром, 1970, с. 29—34.
16. Лепихов В. Г. Двухлезвийная качающаяся регулируемая развертка.
«Обмен производственно-техническим опытом», вып. 6, М., НИИТАвто-
пром, 1970, с. 4—8.
75
17. Лепихов В. Г. Новые инструменты для обработки отверстий. — «Маши-
ностроитель», 1971, № 6, с. 26.
18. Лепихов В. Г. Самоустанавлнвающаяся расточная оправка. — «Станки
и инструменты», 1971, № 6, с. 38—39.
19. Лепихов В. Г. Точность токарной обработки отверстий самоустанавливаю-
щимся инструментом. — «Подшипниковая промышленность», вып. 1, М.,
Специнформцентр ВНИИП, 1971, с. 10—13.
20. Лепихов В. Г. Сборная трехлезвнйная развертка. — «Подшипниковая
промышленность», вып. 6, М., Специнформцентр ВНИПП, 1971, с, 27—28.
21. Лепихов В. Г. Стойкость и экономичность плавающих двухлезвнйных
блоков. — «Машиностроитель», 1972, № 6, с. 40—41.
22. Липовецкий П. В. Плавающая регулируемая развертка. — «Станки и
инструмент», 1958, № 2, с. 38-39.
23. Петанин П. И. Обзор современных конструкций качающихся оправок. —
«Станки и инструмент», 1938, № 10, с. 31—34.
24. Фадюшин И. Л. Регулируемые двухлезвнйные плавающие развертки. —
«Станки и инструмент», 1965, № 12, с. 31—32.
25. Фадюшин И. Л. Расточные блоки с многогранными пластинками твердого
сплава. — «Станки и инструмент», 1967, № 4, с. 29—30.
26. Фадюшин И. Л. и Торопченков В. С. Авторское свидетельство № 205521.
Двухлезвийная самоустанавлнвающаяся развертка. «Открытия. Изобрете-
ния. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1967, № 23, с. 165.
27. Фадюшин И. Л., Торопченков В. С. Авторское свидетельство № 252823.
Регулируемая расточная головка. «Открытия. Изобретения. Промышлен-
ные образцы. Товарные знаки», 1969, № 29, с. 143.
28. Федорец В. А. Влияние точности расположения осей шпинделей на точ-
ность обработки детали. — В кн. «Технология и автоматизация машино-
строения», 1968, № 3. Киев, «Техника», с. 42—49.
29. Шатин В. П. и Денисов П. С. Режущий и вспомогательный инструмент.
Справочнннк. М., «Машиностроение», 1968, 420 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ..................................................... 3
Основные теоретические положения самоустанавливания инструментов 5
Процесс резания самоустанавливающимися инструментами . . 5
Двухлезвийный плавающий блок с прямолинейной режущей кром-
кой .......................................................... 8
Кинематика процесса самоустанавливания плавающего двухлезвий-
ного блока................................................... 16
Особенности процесса самоустанавливания плавающего блока с
круговой режущей кромкой .....................................20
Плавающие двухлезвийные развертки................................25
Регулируемые двухлезвнйные развертки с плавающим блоком из
быстрорежущих сталей......................................... 25
Регулируемые двухлезвийные развертки с блоком с припаянными
пластинками твердого сплава...................................31
Расточные блоки с механическим креплением многогранных твердо-
сплавных пластинок.....................................35
Точность обработки отверстий плавающими блоками с круглыми
твердосплавными пластинками............................39
Качающиеся развертки......................................47
Процесс самоустанавливания качающихся двухлезвийных разверток 47
Обработка отверстий качающимися многолезвийными развертками 49
Качающиеся развертки для многошпиндельных токарных автоматов 54
Плавающие развертки и оправки.............................64
Типовые конструкции плавающих патронов.................64
Двухлезвийные самоустанавливающиеся развертки..........64
Списоклитературы..........................................75
Владимир Герасимович Лепихов
САМОУСТАН АВЛ И В АЮЩ И ЕСЯ
ИНСТРУМЕНТЫ
Редактор издательства И. И. Лесниченко
Технический редактор Л. Т. Зубко
Корректор А. М. Усачева
Переплет художника Е. В. Волкова
Сдано в набор 8/IV 1974 г. Подписано к пе-
чати 17/VI 1974 г. Т-09918. Формат 60X90V16-
Бумага №2. Усл.-печ. л. 5,0 Уч.-изд. л. 4,55.
Тираж 11 000 экз. Заказ № 611. Цена 24 коп.
Издательство «Машиностроение»,
107885. Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., д. 3
Московская типография ^s 32 «Союзполиграф-
прома при Государственном комитете Совета
Министров СССР по делам издательств, поли-
графии и книжной торговли.
Москва, К-51, Цветной бульвар, д. 26.